KR102777699B1 - Dual functional Fiber Optic Distribution Temperature Measurement System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템에 관한 것이다. 개시된 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템은, 소방용 광섬유 분포온도측정 장치를 이용하여 신속한 온도측정 및 정밀한 온도측정을 할 수 있는 기능이 구현된 이중기능 광섬유 분포온도측정 시스템에 있어서, 화재감지를 위한 하나 이상의 화재감지용 광케이블, 상기 화재감지용 광케이블과 연결되며, 광섬유에서 발생한 산란광 중에 라만 산란광을 평균화 해서 온도를 측정하는 소방용 광섬유 분포온도 측정 장치, 정밀한 온도측정을 위한 하나 이상의 정밀측정용 광케이블, 상기 화재감지용 광케이블과 정밀측정용 광케이블 사이를 연결하며, 정밀측정용 광케이블을 선별적으로 스위칭 하는 광스위치, 상기 소방용 광분포온도측정장치에서 상기 화재감지용 광케이블의 온도를 측정한 결과를 수신하여 화재유무를 판단하는 화재수신기, 상기 정밀한 온도측정 결과를 얻기 위해, 상기 정밀측정용 광케이블을 통하여 소정의 시간동안 측정된 온도측정 결과를 평균화 처리를 해서 정밀한 온도를 출력하는 운영컴퓨터 및 상기 소방용 광섬유 분포온도측정 장치의 데이터 출력을, 상기 화재수신기 및 상기 운영컴퓨터와 공유하며, 상기 운영컴퓨터로부터의 상기 광스위치에 대한 제어신호를 광스위치와 연결하는 허브를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템을 제공한다. 본 발명에 의하면, 화재감지와 정밀온도 측정이라는 2가지 용도의 온도측정이 동시에 필요한 경우를 위해 고안된 시스템으로, 광섬유 주변의 온도 변화를 최대한 신속하게 검출할 수 있는 소방용 광섬유 분포온도측정 장치를 이용하여 화재감지뿐 만 아니라 정확한 온도 측정이 가능한 기능을 동시에 구현할 수 있는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템을 제공할 수 있다는 이점이 있다. The present invention relates to a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system. The disclosed dual-function optical fiber distributed temperature measurement system is a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system that implements functions for rapid temperature measurement and precise temperature measurement using a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device, comprising: at least one fire detection optical cable for fire detection; a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device that is connected to the fire detection optical cable and measures temperature by averaging Raman scattered light among scattered light generated from the optical fiber; at least one precision measurement optical cable for precise temperature measurement; an optical switch that connects the fire-fighting optical cable and the precision measurement optical cable and selectively switches the precision measurement optical cable; a fire receiver that receives the temperature measurement result of the fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device and determines whether there is a fire; an operating computer that averages and processes the temperature measurement results measured for a predetermined period of time through the precision measurement optical cable to output a precise temperature in order to obtain the precise temperature measurement result; and a data output of the fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device is shared with the fire receiver and the operating computer, and is transmitted to the optical switch from the operating computer. A dual-function optical fiber distributed temperature measurement system is provided, characterized by including a hub for connecting a control signal to an optical switch. According to the present invention, a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system can be provided that can simultaneously implement the functions of fire detection as well as accurate temperature measurement by using a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device that can detect temperature changes around an optical fiber as quickly as possible, in a system designed for cases where temperature measurement for two purposes, namely fire detection and precise temperature measurement, is simultaneously required.
Description
본 발명은 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소방용 광섬유 분포온도측정 장치를 이용하여 신속한 화재 감지와 동시에 정밀한 온도측정을 할 수 있는 기능이 구현된 이중기능 광섬유 분포온도측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system, and more specifically, to a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system capable of performing rapid fire detection and precise temperature measurement simultaneously using a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The material described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute prior art.
일반적으로 넓은 영역이나 장거리를 따라 여러 곳의 온도를 측정하려면 여러 개의 온도 센서를 설치하고, 통신망을 이용하여 각 온도센서와 중앙 데이터 수집 장치를 연결해야 한다. 이러한 방식으로 온도를 측정하려면, 여러 곳에 온도 센서를 설치하고 전원을 공급하고, 통신망 구축을 구축해야 하므로 많은 비용과 시간이 소요되고, 전자파가 심하거나 침수가 될 수 있는 환경에는 설치가 어려우며 폭발 위험이 높은 환경에서는 전기로 동작하는 온도 센서를 설치하는 것 자체가 화재의 원인이 될 수도 있다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 광섬유를 활용한 센서가 상품화 되어 있다. 광섬유 센서는 수 내지 수십 km의 길이를 갖는 광섬유의 일단에서 레이저 펄스광을 센서용 광케이블에 입사시킨 후에 광섬유 내에서 발생한 산란광을 수신하여 광섬유 주변의 온도, 압력, 변형률 등의 측정값을 일정 거리마다 획득하는 센서이다. 이러한 광섬유 센서를 이용하면 복수 지점마다 설치해야 할 센서를 광섬유 한 가닥으로 대체할 수 있으므로 센서 설치에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있고, 주변 전자파의 영향을 거의 받지 않아 측정값의 신뢰성과 안정성을 높일 수 있으며 폭발 위험이 높거나 침수가 되는 환경에도 사용할 수 있는 이점이 있다.In general, to measure the temperature in multiple locations along a wide area or long distance, multiple temperature sensors must be installed and each temperature sensor must be connected to a central data collection device using a communication network. To measure the temperature in this way, temperature sensors must be installed in multiple locations, power must be supplied, and a communication network must be built, which costs a lot of money and takes a lot of time. In addition, it is difficult to install in environments with strong electromagnetic waves or where there is a risk of flooding. In environments with a high risk of explosion, installing an electrically operated temperature sensor itself can cause a fire. A sensor that utilizes optical fibers to solve these problems has been commercialized. An optical fiber sensor is a sensor that receives scattered light generated within an optical fiber by irradiating a laser pulse light onto an optical cable for the sensor at one end of an optical fiber that is several to several tens of kilometers long, and then obtains measurements of temperature, pressure, strain, etc. around the optical fiber at regular intervals. These optical fiber sensors can be used to replace sensors that would otherwise need to be installed at multiple locations with a single optical fiber, reducing the time and cost required for sensor installation. They are also less affected by surrounding electromagnetic waves, increasing the reliability and stability of measured values. They can also be used in environments with a high risk of explosion or submersion.
광섬유 분포온도 측정장치는 다양한 용도로 사용되고 있는데 크게 2가지의 용도로 사용된다. 화재감시와 같이 짧은 시간 내에 온도변화를 측정하는 소방용과 충분한 시간을 갖고 정밀하게 온도를 측정하는 정밀 온도 측정용이 있다.Fiber optic distributed temperature measurement devices are used for various purposes, but are mainly used for two purposes: firefighting, which measures temperature changes in a short period of time, such as fire monitoring, and precision temperature measurement, which measures temperature accurately over a sufficient period of time.
종래에는 2가지 종류의 광섬유 분포온도 측정장치가 용도에 따라 각각 사용되고 있다. 즉, 짧은 시간에 온도를 측정하여 화재를 감지 하는 소방용 광섬유 분포온도 측정장치와 보다 장시간 동안 측정하여 정확한 온도를 검출할 수 있는 산업용 광섬유 분포온도 측정장치가 각각 다른 제품으로 상품화되어 있다. 소방용 광섬유 분포온도 측정장치는 측정 시간의 제한이 있으므로 연결 가능한 광케이블이 하나 또는 최대 2개로 제한되지만 측정시간의 제한이 없는 산업용 광섬유 분포온도 측정장치는 연결 가능한 광케이블의 숫자는 제한이 없다. Conventionally, two types of fiber optic distributed temperature measuring devices have been used, each for its intended use. That is, fiber optic distributed temperature measuring devices for firefighting, which measure temperature in a short period of time to detect fire, and industrial fiber optic distributed temperature measuring devices, which measure for a longer period of time to detect accurate temperatures, are commercialized as different products. Fiber optic distributed temperature measuring devices for firefighting have a limitation on the measurement time, so the number of connectable optical cables is limited to one or a maximum of two, but industrial fiber optic distributed temperature measuring devices, which have no limitation on the measurement time, have no limitation on the number of connectable optical cables.
이와 같이 용도에 따라 2가지 종류의 광섬유분포 온도 측정장치가 있지만 경우에 따라서는 한 장소에 소방법에 의해서 소방용 광섬유분포온도 측정장치를 설치해야 하지만, 별도로 정밀한 온도측정을 통해서 화재 이전에 과열 상태를 확인하여 화재를 예방하기 위한 산업용 광섬유분포온도 측정장치가 필요하기도 하다. 예를 들면 지하 전력구나 통신구 같은 장소는 화재발생시 피해가 크므로 소방법으로 소방용 광섬유 분포온도 측정장치를 설치하도록 되어있다. 하지만 전력구나 통신구에 있는 전력케이블의 온도를 산업용 광섬유 분포온도 측정장치로 정밀하게 측정할 수 있다면 화재 이전에 과열상태를 인지하여 예방조치가 가능하다. Although there are two types of fiber optic distribution temperature measuring devices depending on the purpose, in some cases, a fire-fighting fiber optic distribution temperature measuring device must be installed in one location by the Fire Service Act, but in other cases, an industrial fiber optic distribution temperature measuring device is needed to prevent fire by checking for overheating before a fire through precise temperature measurement. For example, places such as underground power tunnels and communication tunnels are subject to significant damage in the event of a fire, so the Fire Service Act requires the installation of a fire-fighting fiber optic distribution temperature measuring device. However, if the temperature of the power cables in the power tunnels and communication tunnels can be precisely measured with an industrial fiber optic distribution temperature measuring device, it is possible to detect overheating before a fire and take preventive measures.
종래의 기술에 의한 광섬유분포 온도 측정장치는 소방용 광섬유 분포온도 측정장치와 산업용 광섬유분포온도 장치를 용도별로 각각 설치해야 하는 문제가 있었다.The conventional optical fiber distribution temperature measuring device had the problem that a fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device and an industrial optical fiber distribution temperature measuring device had to be installed separately for each purpose.
이에, 본 발명에서는, 종래의 기술에 의한 한계를 극복하기 위해, 소방용 광섬유 분포온도측정 장치를 사용하여 화재 감시뿐만 아니라 정밀한 온도측정의 2가지 측정이 가능하도록 하는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템을 제안하고자 한다.Accordingly, in order to overcome the limitations of conventional technologies, the present invention proposes a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system that enables two measurements of not only fire monitoring but also precise temperature measurement using a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 화재감지와 정밀온도 측정이라는 2가지 용도의 온도측정이 동시에 필요한 경우를 위해 고안된 시스템으로, 광섬유 주변의 온도 변화를 최대한 신속하게 검출할 수 있는 소방용 광섬유 분포온도측정 장치를 이용하여 화재감지뿐 만 아니라 정확한 온도 측정이 가능한 기능을 동시에 구현할 수 있는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템을 제공하는데 주된 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art described above, and is a system designed for cases where temperature measurement for two purposes, namely fire detection and precise temperature measurement, is required at the same time. The main purpose of the present invention is to provide a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system that can simultaneously implement the functions of fire detection as well as precise temperature measurement by using a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device that can detect temperature changes around an optical fiber as quickly as possible.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems to be solved that are not mentioned will be clearly understood by a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상은, 소방용 광섬유 분포온도측정 장치를 이용하여 신속한 온도측정 및 정밀한 온도측정을 할 수 있는 기능이 구현된 이중기능 광섬유 분포온도측정 시스템에 있어서, 화재감지를 위한 하나 이상의 화재감지용 광케이블; 상기 화재감지용 광케이블과 연결되며, 광섬유에서 발생한 산란광 중에 라만 산란광을 평균화 해서 온도를 측정하는 소방용 광섬유 분포온도 측정 장치; 정밀한 온도측정을 위한 하나 이상의 정밀측정용 광케이블; 상기 화재감지용 광케이블과 정밀측정용 광케이블 사이를 연결하며, 정밀측정용 광케이블을 선별적으로 스위칭 하는 광스위치; 상기 소방용 광분포온도측정장치에서 상기 화재감지용 광케이블의 온도를 측정한 결과를 수신하여 화재유무를 판단하는 화재수신기; 상기 정밀한 온도측정 결과를 얻기 위해, 상기 정밀측정용 광케이블을 통하여 소정의 시간동안 측정된 온도측정 결과를 평균화 처리를 해서 정밀한 온도를 출력하는 운영컴퓨터; 및 상기 소방용 광섬유 분포온도측정 장치의 데이터 출력을, 상기 화재수신기 및 상기 운영컴퓨터와 공유하며, 상기 운영컴퓨터로부터의 상기 광스위치에 대한 제어신호를 광스위치와 연결하는 허브를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, one aspect of the present invention is a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system having functions for rapid temperature measurement and precise temperature measurement using a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device, the system comprising: at least one fire detection optical cable for detecting fire; a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device connected to the fire detection optical cable and measuring temperature by averaging Raman scattered light among scattered light generated from the optical fiber; at least one precision measurement optical cable for precise temperature measurement; an optical switch connecting between the fire detection optical cable and the precision measurement optical cable and selectively switching the precision measurement optical cable; a fire receiver receiving the temperature measurement result of the fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device and determining the presence or absence of a fire; an operating computer averaging the temperature measurement results measured for a predetermined period of time through the precision measurement optical cable to output a precise temperature in order to obtain the precise temperature measurement result; And the present invention provides a dual-function optical fiber distribution temperature measurement system, characterized by including a hub for sharing data output of the optical fiber distribution temperature measurement device for firefighting with the fire receiver and the operating computer, and connecting a control signal for the optical switch from the operating computer to the optical switch.
상기 화재감지용 광케이블을 2개 사용하는 경우, 하나의 케이블을 화재 감지용 제1 화재감지용 광케이블로 사용되고, 나머지 하나는 상기 광스위치로 입력되는 제 2 화재감지용 광케이블로 사용될 수 있다. When using two optical cables for fire detection, one cable can be used as a first optical cable for fire detection, and the other can be used as a second optical cable for fire detection input to the optical switch.
상기 화재감지용 광케이블을 하나만 사용하는 경우, 상기 광스위치가 없이, 상기 화재감지용 광케이블을 직접 정밀측정용 광케이블로 사용할 수 있다. When only one of the above fire detection optical cables is used, the fire detection optical cable can be used directly as a precision measurement optical cable without the above optical switch.
상기 화재감지용 광케이블을 하나만 사용하는 경우, 2채널 이상 여러 채널을 가지는 광스위치를 사용할 수 있다. When using only one optical cable for fire detection, an optical switch with two or more channels can be used.
상기 소방용 광섬유 분포온도 측정 장치는, 온도를 출력하기 위한 최소 측정시간 t가 결정되어 있으며, 소방법으로 규정된 화재감지 시간 T1과 T1=nt(n은 정수) 관계로 표현될 수 있다. The above fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device has a minimum measurement time t for outputting the temperature, and can be expressed by the relationship between the fire detection time T1 stipulated in the Fire Service Act and T1 = nt (n is an integer).
상기 소방용 광섬유 분포온도 측정 장치는, 정밀하게 온도를 측정해야 하는 경우의 측정시간을 T2라고 하면, T2=N*T1(N은 정수) 관계로 표현될 수 있다. The above fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device can be expressed by the relationship T2 = N * T1 (N is an integer), where the measuring time for precise temperature measurement is T2.
상기 화재감지용 광케이블을 2개 사용하는 경우, 소방법에서 정의한 조건을 만족하는 상기 소방용 광섬유 분포온도 측정장치의 측정시간을 광케이블 당 T1라고하면, 상기 제1 화재감지용 광케이블을 T1시간동안 측정하고, 상기 제2 화재감지용 광케이블을 T1시간 동안 측정하고, 다시 상기 화재감지용 광케이블을 측정하는 순서로 반복할 수 있다. When using two of the above fire detection optical cables, if the measurement time of the above fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device satisfying the conditions defined in the Fire Service Act is T1 per optical cable, the first fire detection optical cable can be measured for T1 hour, the second fire detection optical cable can be measured for T1 hour, and then the fire detection optical cable can be measured again in this order.
상기 운영컴퓨터는, 상기 소방용 광분포온도 측정장비의 온도측정 결과 중에서, 제2 화재감지용 광케이블과 상기 광스위치를 경과하여 연결된 하나의 정밀측정용 광케이블의 온도정보를 상기 허브를 통해 수신하고, 정밀한 온도측정 결과를 얻기 위해 T1시간 동안 측정된 상기 하나의 정밀측정용 광케이블의 온도측정 결과를 소정된 횟수 만큼 취합하고, 평균화 처리를 해서 정밀한 온도를 출력할 수 있다. The above operating computer receives, through the hub, temperature information of one precision measurement optical cable connected through the optical switch and the second fire detection optical cable among the temperature measurement results of the fire-fighting optical distribution temperature measuring equipment, and, in order to obtain a precision temperature measurement result, collects the temperature measurement results of the one precision measurement optical cable measured for T1 time a predetermined number of times and performs an average process to output a precision temperature.
상기 운영컴퓨터는, 상기 하나의 정밀측정용 광케이블의 온도측정 결과를 소정된 횟수 만큼 취합하고, 평균화 처리를 해서 정밀한 온도를 출력한 후, 상기 광스위치를 제어하여 또 다른 정밀측정용 광케이블의 온도를 취합하고, 상기 온도 취합 및 출력 동작을 상기 광스위치에 연결된 모든 정밀측정용 광케이블에 대해서 반복적으로 수행할 수 있다. The above operating computer collects the temperature measurement results of the one precision measurement optical cable a predetermined number of times, averages them to output a precise temperature, and then controls the optical switch to collect the temperature of another precision measurement optical cable, and can repeatedly perform the temperature collection and output operations for all precision measurement optical cables connected to the optical switch.
상기 화재수신기는,상기 소방용 광분포온도측정장치에서 상기 제1 화재감지용 광케이블의 온도를 측정한 결과만을 수신하여 화재유무를 판단하고, 측정한 결과가 화재 발생이라고 판단되는 경우, 경보를 출력할 수 있다. The above fire receiver can determine whether there is a fire by only receiving the temperature measurement result of the first fire detection optical cable from the fire-fighting optical distribution temperature measuring device, and output an alarm if the measurement result determines that there is a fire.
본 발명의 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템에 의하면, 광섬유 주변의 온도 변화를 최대한 신속하게 검출할 수 있는 소방용 광섬유 분포온도측정 장치를 이용하여 화재감지뿐 만 아니라 정확한 온도 측정이 가능한 기능을 동시에 구현할 수 있는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템을 제공할 수 있다는 효과가 있다.According to the dual-function optical fiber distributed temperature measurement system of the present invention, there is an effect in that a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system can be provided that can simultaneously implement the functions of fire detection as well as accurate temperature measurement by using a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device that can detect temperature changes around an optical fiber as quickly as possible.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs from the description below.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 광섬유 센서에서 사용하는 입력광과 산란광을 예시한 도면이다.
도 2는 라만 산란광의 파장 별 광량 특성을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템의 구성을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템의 구성을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템의 타이밍 다이어그램을 예시한 도면이다.The accompanying drawings, which are incorporated in and are intended to aid in the understanding of the present invention and are intended to be a part of the detailed description, provide embodiments of the present invention and, together with the detailed description, serve to explain the technical features of the present invention.
Figure 1 is a diagram illustrating input light and scattered light used in an optical fiber sensor.
Figure 2 is a diagram illustrating the wavelength-dependent light intensity characteristics of Raman scattered light.
FIG. 3 is a drawing illustrating the configuration of a dual-function optical fiber distribution temperature measurement system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a drawing illustrating the configuration of a dual-function optical fiber distribution temperature measurement system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a drawing illustrating a timing diagram of a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system according to one embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The detailed description set forth below with the accompanying drawings is intended to explain exemplary embodiments of the present invention and is not intended to represent the only embodiments in which the present invention may be practiced. The following detailed description includes specific details in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, one of ordinary skill in the art will appreciate that the present invention may be practiced without these specific details.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.In some cases, to avoid obscuring the concept of the present invention, well-known structures and devices may be omitted or illustrated in block diagram format focusing on the core functions of each structure and device.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to "comprising" or "including" a certain component, this does not mean that other components are excluded, but rather that other components can be included, unless otherwise specifically stated. In addition, terms such as "part," "unit," "module," etc. described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software. In addition, "a" or "an," "one," "the," and similar related words may be used in the context of describing the present invention (especially, in the context of the claims below) to include both the singular and the plural, unless otherwise indicated herein or clearly contradicted by the context.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing embodiments of the present invention, if it is judged that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, and these may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definitions should be made based on the contents throughout this specification.
본 발명의 도면의 각 구성부들은 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템에서 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시한 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다. Each component in the drawings of the present invention is independently depicted to indicate different characteristic functions in the dual-function optical fiber distributed temperature measurement system, and does not mean that each component is composed of separate hardware or a single software component. That is, each component is listed and included as a separate component for convenience of explanation, and at least two components among each component may be combined to form a single component, or one component may be divided into multiple components to perform functions, and such integrated and separated embodiments of each component are also included in the scope of the present invention as long as they do not deviate from the essence of the present invention.
또한, 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.In addition, some components may not be essential components that perform essential functions in the present invention, but may be optional components that are merely used to improve performance. The present invention may be implemented by including only essential components for implementing the essence of the present invention, excluding components that are merely used to improve performance, and a structure that includes only essential components, excluding optional components that are merely used to improve performance, is also included in the scope of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
도 1은 광섬유 센서에서 사용하는 입력광과 산란광을 예시한 도면이다.Figure 1 is a diagram illustrating input light and scattered light used in an optical fiber sensor.
광섬유에 광 펄스를 입력시키면 광섬유내의 글라스 격자 성분에서 빛이 부딪히며 발생되는 산란에 의하여 입력측으로 미약한 광이 되돌아 온다.When a light pulse is input into an optical fiber, a weak amount of light returns to the input side due to scattering that occurs when the light collides with the glass grid component within the optical fiber.
OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)의 측정원리를 이용하면, 광섬유 내부에 빛의 속도를 알고 있으므로 산란 광이 되돌아오는 시간을 측정하면 산란광이 발생한 위치를 계산 할 수 있다. Using the measurement principle of the OTDR (Optical Time Domain Reflectometer), since the speed of light inside the optical fiber is known, the location where the scattered light occurred can be calculated by measuring the time it takes for the scattered light to return.
또한, 입력측으로 되돌아 오는 산란 광 중에는 입력 광의 파장과 다른 파장의 성분을 갖는 라만 산란광이 있는데, 이 두 파장의 의 세기를 측정하면 광섬유의 주변 온도를 계산 할 수 있다. In addition, among the scattered light returning to the input side, there is Raman scattered light that has a wavelength component different from the wavelength of the input light, and by measuring the intensity of these two wavelengths, the ambient temperature of the optical fiber can be calculated.
참고로, 광섬유 센서에서 사용하는 광섬유의 산란광에는 레일리(Rayleigh) 산란광, 라만(Raman) 산란광, 브릴루앙(Brillouin) 산란광 등이 있다. 레일리 산란광은 광섬유의 손실이나 단락 위치를 찾는데 활용되고, 라만 산란광은 광섬유 주변의 온도를 측정하는데 활용되고, 브릴루앙 산란광은 광섬유의 변형률을 측정하는데 활용된다. For reference, the scattered light from the optical fiber used in the optical fiber sensor includes Rayleigh scattered light, Raman scattered light, and Brillouin scattered light. Rayleigh scattered light is used to find the location of loss or short circuit in the optical fiber, Raman scattered light is used to measure the temperature around the optical fiber, and Brillouin scattered light is used to measure the strain in the optical fiber.
도 2는 라만 산란광의 파장 별 광량 특성을 예시한 도면이다.Figure 2 is a diagram illustrating the wavelength-dependent light intensity characteristics of Raman scattered light.
라만 산란광은 입사광보다 파장이 짧은 안티스토크스(Anti-stokes)광과 입사광보다 파장이 긴 스토크스(Stokes) 광으로 나누어지며, 스토크스광의 진폭은 광섬유 주변 온도 변화에 따라 변화량이 적은 반면에 안티스토크스광은 광섬유 주변 온도 변화에 따라 그 진폭이 민감하게 변하는 특징이 있어서 스토크스광과 안티스토크스광의 광량을 비교 분석하면 광섬유 주변의 온도를 계산할 수 있다. Raman scattered light is divided into anti-Stokes light with a shorter wavelength than the incident light and Stokes light with a longer wavelength than the incident light. While the amplitude of Stokes light changes little with changes in the temperature surrounding the optical fiber, the amplitude of anti-Stokes light changes sensitively with changes in the temperature surrounding the optical fiber. Therefore, by comparing and analyzing the light quantities of Stokes light and anti-Stokes light, the temperature surrounding the optical fiber can be calculated.
이러한 라만 산란광을 이용하여 온도를 측정하는 장치를 광섬유 분포 온도 측정장치라고 하며 이 장치는 센서용 광섬유에 레이저 펄스를 입력시키고 이로인해 센서용 광섬유에서 발생하는 후방산란광 중에서 라만 산란광(스토크스광 및 안티스토크스광)만을 수광하여, 전기적 신호로 변환하고, 신호 처리해서 디지털 데이터로 변환하고, 같은 광섬유 위치에서 수신된 라만산란광의 디지털 데이터를 여러 회 측정하고 평균화해서 얻어진 스토크스광의 평균값과 안티스토크스광의 평균값의 비율을 이용하여 소정의 알고리즘에 따라 해당 광섬유 위치의 주변 온도를 계산한다.A device that measures temperature using this Raman scattered light is called an optical fiber distributed temperature measuring device. This device inputs a laser pulse into an optical fiber for sensing, and receives only the Raman scattered light (Stokes light and anti-Stokes light) among the backscattered light generated from the optical fiber for sensing, converts it into an electrical signal, processes the signal to convert it into digital data, and measures and averages the digital data of the Raman scattered light received at the same optical fiber location multiple times, and calculates the ambient temperature of the corresponding optical fiber location according to a predetermined algorithm using the ratio of the average value of the Stokes light and the average value of the anti-Stokes light.
또한 온도가 계산된 라만 산란광이 발생한 광섬유의 위치는 레이저 펄스광을 입사한 후 라만 산란광이 측정 장치로 되돌아오는 시간과 광속을 이용하여 계산 할 수 있다. Additionally, the position of the optical fiber where the temperature-calculated Raman scattered light is generated can be calculated using the time and light speed it takes for the Raman scattered light to return to the measuring device after the laser pulse light is incident.
이러한 원리로 동작하는 광섬유 분포온도 측정장치는 다양한 용도로 사용되고 있는데, 크게 2가지의 용도로 사용된다. 화재감시와 같이 짧은 시간 내에 온도변화를 측정하는 소방용과 충분한 시간을 갖고 정밀하게 온도를 측정하는 정밀 온도 측정용이 있다. 원래 광섬유 내에서 발생하는 라만 산란광의 광량은 입사광의 약 백만 분에 일 정도에 불과하기 때문에 라만 산란광의 전기적 신호(이하 “라만신호”라고 한다)의 크기가 매우 미약하여 전자회로의 랜덤 노이즈보다 작아서 평균화를 위한 반복 측정없이 바로 온도를 계산 할 수 없다. 그래서 광섬유 분포온도 측정 장치에서는 노이즈 필터회로를 사용하는 것은 물론이고 가급적 많은 횟수의 라만 신호를 취득한 후에 취득한 라만신호를 평균함으로써 랜덤 노이즈의 영향을 최소화하고 있다. 평균화 횟수가 많을수록 랜덤 노이즈의 영향이 감소되어 온도값의 정확도를 향상시킬 수 있다. 하지만 측정 정확도를 높이기 위하여 평균화 회수를 늘리면 온도를 측정시간이 길어지게 된다. 따라서 광섬유 분포온도 측정장치를 사용하는 목적에 맞도록 온도 정확도와 측정시간을 적절히 선택해야 한다. The optical fiber distributed temperature measuring device that operates on this principle is used for various purposes, and is mainly used for two purposes. There is a firefighting purpose that measures temperature changes in a short period of time, such as fire monitoring, and a precision temperature measurement purpose that measures the temperature precisely over a sufficient period of time. Since the amount of Raman scattered light generated in the original optical fiber is only about one millionth of the incident light, the size of the electrical signal of the Raman scattered light (hereinafter referred to as the “Raman signal”) is very small and smaller than the random noise of the electronic circuit, so the temperature cannot be calculated directly without repeated measurements for averaging. Therefore, the optical fiber distributed temperature measuring device uses a noise filter circuit and minimizes the influence of random noise by acquiring as many Raman signals as possible and then averaging the acquired Raman signals. The greater the number of averaging times, the less the influence of random noise, which can improve the accuracy of the temperature value. However, if the number of averaging times is increased to improve the measurement accuracy, the temperature measurement time becomes longer. Therefore, the temperature accuracy and measurement time must be appropriately selected according to the purpose of using the optical fiber distributed temperature measuring device.
적용의 일 예로서, 전력케이블을 따라 설치하는 용도에서는 전력케이블 전체의 온도를 일정 간격마다 측정하여 송전 가능한 전력 용량을 예측하는 용도로 사용하며, 전력케이블의 열화에 의해 발생하는 부분적인 고온 발열 위치를 감지하는 용도로 사용할 수 있다. 이 경우에는 과열여부를 판단하기 위해서는 오랜 시간에 걸쳐서 정밀하게 온도를 측정해야 한다. (이하 이러한 정밀한 온도측정을 하는 용도의 광섬유 분포온도측정 장치를 “산업용 광섬유 분포온도 측정장치”라고 한다.) 또 다른 적용의 일 예는 빌딩, 터널, 공동구 또는 전력케이블이 설치된 전력구의 화재 감지용으로도 사용하는 것이다. As an example of application, when installed along a power cable, the temperature of the entire power cable is measured at regular intervals to predict the transmittable power capacity, and it can be used to detect the location of partial high temperature generation caused by deterioration of the power cable. In this case, in order to determine overheating, the temperature must be measured precisely over a long period of time. (Hereinafter, an optical fiber distributed temperature measuring device for such precise temperature measurement is referred to as an “industrial optical fiber distributed temperature measuring device”). Another example of application is to use it for fire detection in buildings, tunnels, utility tunnels, or power tunnels where power cables are installed.
화재 감지 장치는 화재 온도의 정확성보다 화재 발생 여부와 위치를 실시간으로 감지하여 가능한 신속하게 경보를 발생하고 대처해야 하므로 화재 감지 시간을 소방법으로 제한하고 있다.(이하 화재감지용의 광섬유 분포온도 측정 장치를 “소방용 광섬유 분포온도 측정장치'라고 한다. 소방용 광섬유 분포온도 측정장치의 온도 측정 결과가 빨리 출력되지만 실제온도와 편차가 크게 측정되는 것에 비하여, 산업용 광섬유 분포온도 측정장치의 온도 측정 결과 시간이 더 많이 소요되지만 실제온도와 편차가 훨씬 적은 것이 특징이다.Since a fire detection device must detect the occurrence and location of a fire in real time rather than the accuracy of the fire temperature and issue an alarm and respond as quickly as possible, the fire detection time is limited by the Fire Service Act. (Hereinafter, the fiber optic distributed temperature measuring device for fire detection is referred to as a “fiber optic distributed temperature measuring device for firefighting.” Compared to the temperature measurement results of a fiber optic distributed temperature measuring device for firefighting, which are output quickly but have a large deviation from the actual temperature, the temperature measurement results of an industrial fiber optic distributed temperature measuring device take longer to output but have a much smaller deviation from the actual temperature.)
종래에는 2가지 종류의 광섬유 분포온도 측정장치가 용도에 따라 각각 사용되고 있었다. 즉, 짧은 시간에 온도를 측정하여 화재를 감지 하는 소방용 광섬유 분포온도 측정장치와 보다 장시간 동안 측정하여 정확한 온도를 검출할 수 있는 산업용 광섬유 분포온도 측정장치가 각각 다른 제품으로 상품화되어 있다. 소방용 광섬유 분포온도 측정장치는 측정 시간의 제한이 있으므로 연결 가능한 광케이블이 하나 또는 최대 2개로 제한되지만 측정시간의 제한이 없는 산업용 광섬유 분포온도 측정장치는 연결 가능한 광케이블의 숫자는 제한이 없다. Previously, two types of fiber-optic distributed temperature measuring devices were used, each for its intended use. That is, fiber-optic distributed temperature measuring devices for firefighting, which measure temperature in a short period of time to detect fire, and industrial fiber-optic distributed temperature measuring devices, which measure for a longer period of time to detect accurate temperatures, were commercialized as different products. Fiber-optic distributed temperature measuring devices for firefighting have a limitation on the measurement time, so the number of connectable optical cables is limited to one or a maximum of two, but industrial fiber-optic distributed temperature measuring devices, which have no limitation on the measurement time, have no limitation on the number of connectable optical cables.
이와 같이 용도에 따라 2가지 종류의 광섬유분포 온도 측정장치가 있지만 경우에 따라서는 한 장소에 소방법에 의해서 소방용 광섬유분포온도 측정장치를 설치해야 하지만 별도로 정밀한 온도측정을 통해서 화재 이전에 과열 상태를 확인하여 화재를 예방하기 위한 산업용 광섬유분포온도 측정장치가 필요하기도 하다. 예를 들면 지하 전력구나 통신구 같은 장소는 화재발생시 피해가 크므로 소방법으로 소방용 광섬유 분포온도 측정장치를 설치하도록 되어있다. Although there are two types of fiber optic distribution temperature measuring devices according to the purpose, in some cases, a fiber optic distribution temperature measuring device for firefighting must be installed in one place by the Fire Service Act, but an industrial fiber optic distribution temperature measuring device is also needed to prevent fire by checking the overheating condition before a fire through a separate, precise temperature measurement. For example, in places such as underground power and communication tunnels, the damage is great in case of a fire, so the Fire Service Act requires the installation of a fiber optic distribution temperature measuring device for firefighting.
전력구나 통신구에 있는 전력케이블의 온도를 산업용 광섬유 분포온도 측정장치로 정밀하게 측정할 수 있다면 화재 이전에 과열상태를 인지하여 예방조치가 가능하다. 하지만 종래 기술에 의할 경우, 이러한 용도로 사용하려면 소방용 광섬유 분포온도 측정장치와 산업용 광섬유분포온도 장치를 각각 설치해야 하는 문제가 있었다. If the temperature of power cables in power or communication facilities can be precisely measured using an industrial fiber-optic distribution temperature measuring device, it is possible to detect overheating before a fire occurs and take preventive measures. However, in the case of conventional technology, there was a problem that a fire-fighting fiber-optic distribution temperature measuring device and an industrial fiber-optic distribution temperature device had to be installed separately for this purpose.
이하 종래 기술에 의한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템의 실시예를 상세히 설명하기로 한다Hereinafter, an embodiment of a dual-function optical fiber distribution temperature measurement system of the present invention for solving problems in the prior art will be described in detail.
본 명세서의 발명의 설명에 포함된 구성은 개별 또는 복합적으로 결합 구성되어 동작할 수 있다.The components included in the description of the invention of this specification can be configured to operate individually or in combination.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템의 구성을 예시한 도면이다. FIG. 3 is a drawing illustrating the configuration of a dual-function optical fiber distribution temperature measurement system according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이중기능 광섬유분포 온도측정 시스템(100)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 소방용 광섬유분포 온도측정 장치(1),화재감지용 광케이블(2),광스위치(3), 정밀측정용 광케이블(4), 운영컴퓨터(5), 화재수신기(6), 허브(7)를 포함할 수 있다. A dual-function optical fiber distribution temperature measurement system (100) according to one embodiment of the present invention may include a fire-fighting optical fiber distribution temperature measurement device (1), a fire detection optical cable (2), an optical switch (3), a precision measurement optical cable (4), an operating computer (5), a fire receiver (6), and a hub (7), as shown in FIG. 3.
광섬유 분포온도 측정 장치(1)는 광섬유에서 발생한 산란광 중에 라만 산란광을 평균화 해서 온도를 측정하는 장비로 온도를 출력하기 위한 최소 측정시간이 결정되어 있다. The optical fiber distribution temperature measuring device (1) is a device that measures temperature by averaging Raman scattered light among scattered light generated from an optical fiber, and the minimum measurement time for outputting the temperature is determined.
이 최소 측정시간을 t라 하면, 소방용 광섬유 분포온도 측정장치(1)는 소방법으로 규정된 화재감지 시간을 만족하는 조건에 따라서 광케이블 당 온도 측정시간이 결정된다. 이 시간을 T1이라고 하면 최소 측정시간과의 관계는 T1=nt로, 최소 측정시간(t)의 n배(정수배)로 표현될 수 있다. If this minimum measurement time is t, the temperature measurement time per optical cable is determined by the condition that the fire detection time stipulated by the fire service law is satisfied for the optical fiber distribution temperature measuring device (1). If this time is T1, the relationship with the minimum measurement time is T1 = nt, which can be expressed as n times (integer multiple) of the minimum measurement time (t).
또한 정밀하게 온도를 측정해야 하는 경우에는 더 긴 측정시간이 필요하다. 이때 정밀하게 온도를 측정해야 하는 경우의 측정시간을 T2라고 하면 T2=N*T1으로 소방용 광섬유 분포온도 측정장치의 측정 시간 T1의 N배(정수배)로 설정할 수 있다. In addition, in cases where the temperature must be measured precisely, a longer measurement time is required. In this case, if the measurement time for the case where the temperature must be measured precisely is T2, it can be set to N times (integer multiple) of the measurement time T1 of the fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device, as T2 = N * T1.
통상 소방용 광섬유 분포온도측정 장치의 측정시간은 수초 이내이고, 산업용 광섬유 분포온도 측정 장치의 측정시간은 수십초에서 수분 사이이다. 화재감지용 광케이블을 2개 사용하는 경우, 소방법에서 정의한 조건을 만족하는 소방용 광섬유 분포온도 측정장치(1)의 측정시간을 광케이블 당 T1라고하면, 제1 화재감지용 광케이블(21)을 T1시간동안 측정하고, 제2 화재감지용 광케이블(22)를 T1시간 동안 측정하고, 다시 제1 화재감지용 광케이블(21)을 측정하는 순서로 반복하게 된다. The measurement time of a typical fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device is within several seconds, and the measurement time of an industrial optical fiber distribution temperature measuring device is from several tens of seconds to several minutes. When two optical cables for fire detection are used, if the measurement time of a fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device (1) that satisfies the conditions defined in the Fire Service Act is T1 per optical cable, the first fire-detection optical cable (21) is measured for T1 hour, the second fire-detection optical cable (22) is measured for T1 hour, and then the first fire-detection optical cable (21) is measured again, and this is repeated in this order.
도 3과 같이 화재감지용 광케이블을 2개 사용하는 경우, 제1 화재감지용 광케이블(21)은 화재 감지용으로 사용을 하고, 나머지 제2 화재감지용 광케이블(22)은 광스위치(3)로 입력하고, 광스위치(3)출력에 연결되는 광케이블은 정밀측정용 광케이블(4)로 사용한다. When two optical cables for fire detection are used as in Fig. 3, the first optical cable for fire detection (21) is used for fire detection, the remaining second optical cable for fire detection (22) is input to the optical switch (3), and the optical cable connected to the output of the optical switch (3) is used as an optical cable (4) for precision measurement.
도 3에서는 정밀측정용 광케이블(4)을 4개의 (41),(42),(43),(44)와, 출력포트를 4개를 갖는 광스위치(3)를 예로 들었으나, 이들 4개 갯수는 예시에 불과하며 이에 한정되는 것이 아니다. In Fig. 3, an optical cable (4) for precision measurement is shown as an example with four (41), (42), (43), (44) and an optical switch (3) having four output ports, but the number of these four is only an example and is not limited thereto.
예컨대, 화재감지용 광케이블(2)을 하나만 사용하는 경우에는 도 4와 같이 광스위치(3)를 생략하여 화재감지용 광케이블(2)을 직접 정밀측정용 광케이블로 사용할 수도 있고, 광스위치(3)를 2채널 이상 여러 채널의 광스위치를 사용할 수 있다. For example, in the case where only one optical cable (2) for fire detection is used, the optical switch (3) can be omitted as shown in Fig. 4 and the optical cable (2) for fire detection can be used directly as an optical cable for precision measurement, or the optical switch (3) can be used as an optical switch with two or more channels.
운영컴퓨터(5)는 소방용 광분포온도 측정장비(1)의 온도측정 결과 중에서 제2 화재감지용 광케이블(22)과 광스위치(3)를 경과하여 연결된 하나의 정밀측정용 광케이블(41)의 온도정보를 허브(7)를 통해 수신하고, 정밀한 온도측정 결과를 얻기 위해 T1시간 동안 측정된 하나의 정밀측정용 광케이블(41)의 온도측정 결과를 설정된 횟수 만큼(N회라고 설정한다) 취합하여 평균화 처리를 해서 정밀한 온도를 출력한다. The operating computer (5) receives temperature information of one precision measurement optical cable (41) connected through the second fire detection optical cable (22) and the optical switch (3) from among the temperature measurement results of the fire-fighting optical distribution temperature measuring equipment (1) through the hub (7), and in order to obtain a precise temperature measurement result, it collates the temperature measurement results of one precision measurement optical cable (41) measured for T1 time for a set number of times (set to N times), averages them, and outputs a precise temperature.
이후, 광스위치(3)를 제어하여 또 다른 정밀측정용 광케이블(42)의 온도를 취합한다. 상기 동작을 광스위치(3)에 연결된 모든 정밀측정용 광케이블에 대해서 반복적으로 수행한다.Thereafter, the temperature of another precision measurement optical cable (42) is collected by controlling the optical switch (3). The above operation is repeatedly performed for all precision measurement optical cables connected to the optical switch (3).
화재수신기(6)는 소방용 광분포온도측정장치(1)에서 제1 화재감지용 광케이블(21)의 온도를 측정한 결과만을 수신하여 화재유무를 판단하고, 측정한 결과가 화재 발생이라고 판단되는 경우, 경보를 출력한다. The fire receiver (6) receives only the temperature measurement result of the first fire detection optical cable (21) from the fire-fighting optical distribution temperature measuring device (1) to determine whether there is a fire, and outputs an alarm if the measurement result determines that there is a fire.
허브(7)는 소방용 광섬유 분포온도측정 장치의 데이터 출력을 화재수신기(6)및 운영컴퓨터(5)와 공유하며, 운영컴퓨터(5)로부터의 광스위치(3)에 대한 제어신호를 광스위치(3)와 연결한다. The hub (7) shares the data output of the fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device with the fire receiver (6) and the operating computer (5), and connects the control signal for the optical switch (3) from the operating computer (5) to the optical switch (3).
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템의 구성을 예시한 도면이다. FIG. 4 is a drawing illustrating the configuration of a dual-function optical fiber distribution temperature measurement system according to another embodiment of the present invention.
도 4는 소방용 광섬유 분포온도측정 장치(1)에 연결된 화재감지용 광케이블이 하나만 연결된 경우를 예시한 구성도이다.Figure 4 is a configuration diagram illustrating a case where only one optical cable for fire detection is connected to a fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device (1).
이 경우에는 소방용 광섬유 분포온도 측정장치(1)에서 측정된 온도정보가 허브(7)을 통해서 화재수신기(6)으로 전송되며, 다시 운영컴퓨터(5)로 전송이 된다.In this case, the temperature information measured by the fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device (1) is transmitted to the fire receiver (6) through the hub (7), and then transmitted to the operating computer (5).
소방용으로 측정된 온도정보를 원하는 수준의 정밀한 온도로 계산하기 위해서 N회 더 반복측정을 해야 한다면, 운영컴퓨터(5)에서는 수신된 온도정보를 사전 설정된 횟수 N회 반복하여 측정한 후에 평균화 처리를 해서 정밀한 온도 결과값을 계산한다. If the temperature information measured for firefighting needs to be measured N more times to calculate the desired level of precision, the operating computer (5) measures the received temperature information repeatedly a preset number of N times and then averages it to calculate the precise temperature result value.
일반적으로 정밀 온도측정을 하는 산업용 광섬유 분포온도 측정시스템에서 사용되는 운영컴퓨터의 역할을, 본 발명에 의한 이중기능 광섬유분포 온도측정 시스템(100)에서는 운영컴퓨터(5)가 한다.In general, the role of an operating computer used in an industrial optical fiber distribution temperature measurement system that performs precision temperature measurement is played by an operating computer (5) in the dual-function optical fiber distribution temperature measurement system (100) according to the present invention.
운영컴퓨터(5)의 역할은 온도데이터를 수신하여 센서용광케이블이 설치된 위치를 도식적으로 표현하여 이상온도 발생 위치를 광섬유 길이가 아닌 현장 도면의 실거리로 표시하여 신속하게 위치를 확인하는 용도이고, 이상온도를 검출하기 위한 다양한 알람 기준을 설정할 수 있으며, 경우에 따라서는 과거 측정한 온도결과를 데이터베이스에 저장하여 확인할 수도 있다.The role of the operating computer (5) is to receive temperature data, schematically represent the location where the sensor optical cable is installed, and quickly confirm the location by indicating the location where abnormal temperature occurs with the actual distance on the field drawing rather than the length of the optical fiber. Various alarm criteria can be set for detecting abnormal temperature, and in some cases, past temperature measurement results can be stored in a database for confirmation.
이와 같이 소방용 광섬유 분포온도 측정장치(1)의 기본 화재감지 기능에 추가하여 광스위치(3)에 연결된 정밀측정용 광섬유(4)를 운영컴퓨터(5)가 소프트웨어적으로 채널당 N회 평균화 기능을 추가하여 이중기능 광섬유 분포온도 측정 시스템을 구성할 수 있다. In addition to the basic fire detection function of the fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device (1), a dual-function optical fiber distribution temperature measuring system can be configured by adding an N-times averaging function per channel through software from an operating computer (5) to an optical fiber (4) for precision measurement connected to an optical switch (3).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템의 타이밍 다이어그램을 예시한 도면이다.FIG. 5 is a drawing illustrating a timing diagram of a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system according to one embodiment of the present invention.
도 5에서 맨 위의 행은 소방용 광섬유분포온도 측정장치(1)의 동작을 설명하는 것이다. T 주기를 갖고 제1 화재감지용 광케이블(21)과 제2 화재감지용 광케이블(22)이 교대로 반복 측정을 한다. The top row in Fig. 5 explains the operation of the fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device (1). The first fire detection optical cable (21) and the second fire detection optical cable (22) alternately perform repeated measurements with a T cycle.
그 중에 제1 화재감지용 광케이블(21)의 측정결과는, 화재수신기(6)으로 전송이 되어서 화재 여부를 감시한다. Among them, the measurement results of the first fire detection optical cable (21) are transmitted to the fire receiver (6) to monitor whether there is a fire.
도 5의 두번째 행은 광스위치(3)의 동작을 설명하는 것으로 제2 화재감지용 광케이블(22)은 광스위치(3)의 입력으로 연결되고 정밀측정용 광케이블(4)이 순차적으로 연결이 된다. The second row of Fig. 5 explains the operation of the optical switch (3), where the second fire detection optical cable (22) is connected to the input of the optical switch (3) and the optical cable (4) for precision measurement is connected sequentially.
초기의 연결은 정밀측정용 광케이블(41)과 연결되어서 소방용 광섬유 분포온도 측정장치(1)가 화재감지용 광케이블(22)을 측정하면 연장된 정밀측정용 광케이블(41)까지의 온도를 측정하고, 이 측정결과는 운영컴퓨터(5)에서 취득한다.The initial connection is connected to a precision measurement optical cable (41), so that when the fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device (1) measures the fire detection optical cable (22), the temperature up to the extended precision measurement optical cable (41) is measured, and the measurement result is acquired from the operating computer (5).
이러한 방법으로 N차례 반복하여 측정하고, 측정된 결과를 평균화 처리를 하면 정밀한 온도를 얻을 수 있다. By repeating the measurement N times in this way and averaging the measured results, a precise temperature can be obtained.
도 5의 3번째 행은 운영컴퓨터(5)의 동작을 나타낸다. 이때 반복횟수 N은 원하고자 하는 온도정밀도에 따라서 횟수를 운영컴퓨터에서 조정이 가능하다. The third row of Figure 5 shows the operation of the operating computer (5). At this time, the number of repetitions N can be adjusted by the operating computer according to the desired temperature precision.
도 5는 N의 횟수가 4인 경우를 도식화 한 것으로, N의 횟수가 많을수록 온도의 정밀도는 증가되지만 온도를 측정하는 시간이 더 많이 소요된다.Figure 5 is a diagram illustrating the case where the number of N is 4. As the number of N increases, the temperature accuracy increases, but it takes more time to measure the temperature.
이와 같이 정밀측정용 광케이블(41)의 정밀 온도 측정이 N회 끝나면, 운영컴퓨터(5)는 정밀측정용 광케이블(41)의 온도측정 결과를 출력하고, 광스위치(3)을 제어해서 소방용 광섬유 분포온도 측정장치(1)의 채널 2가 또 다른 정밀측정용 광케이블(42)로 연결되어 나머지 정밀측정용 광케이블의 온도를 순차적으로 측정하게 된다. When the precision temperature measurement of the precision measurement optical cable (41) is completed N times in this way, the operating computer (5) outputs the temperature measurement result of the precision measurement optical cable (41) and controls the optical switch (3) so that channel 2 of the fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device (1) is connected to another precision measurement optical cable (42) to sequentially measure the temperature of the remaining precision measurement optical cables.
본 명세서에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다. The combination of each block of the block diagram attached to this specification and each step of the flow diagram may be performed by computer program instructions. These computer program instructions may be installed in a processor of a general-purpose computer, a special-purpose computer, or other programmable data processing apparatus, so that the instructions, which are executed by the processor of the computer or other programmable data processing apparatus, create a means for performing the functions described in each block of the block diagram or each step of the flow diagram. These computer program instructions may also be stored in a computer-available or computer-readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing apparatus to implement the functions in a specific manner, so that the instructions stored in the computer-available or computer-readable memory can produce an article of manufacture that includes an instruction means for performing the functions described in each block of the block diagram or each step of the flow diagram. Since the computer program instructions can also be installed on a computer or other programmable data processing apparatus, a series of operational steps are performed on the computer or other programmable data processing apparatus to create a computer-executable process, and the instructions that cause the computer or other programmable data processing apparatus to perform the steps for executing the functions described in each block of the block diagram and each step of the flowchart can also provide steps for executing the functions described in each block of the block diagram and each step of the flowchart.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.Additionally, each block or step may represent a module, segment, or portion of code that includes one or more executable instructions for performing a specified logical function(s). It should also be noted that in some alternative embodiments, the functions mentioned in the blocks or steps may occur out of order. For example, two blocks or steps depicted in succession may in fact be performed substantially concurrently, or the blocks or steps may sometimes be performed in reverse order, depending on the functionality they serve.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative description of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations may be made without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain it, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within a scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the rights of the present invention.
본 발명의 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템에 따르면, 화재감지와 정밀온도 측정이라는 2가지 용도의 온도측정이 동시에 필요한 경우를 위해 고안된 시스템으로, 광섬유 주변의 온도 변화를 최대한 신속하게 검출할 수 있는 소방용 광섬유 분포온도측정 장치를 이용하여 화재감지뿐 만 아니라 정확한 온도 측정이 가능한 기능을 동시에 구현할 수 있는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템을 제공할 수 있는 솔루션으로 활용 가능하다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.According to the dual-function optical fiber distributed temperature measurement system of the present invention, it is a system designed for cases where temperature measurement for two purposes, namely fire detection and precise temperature measurement, is required at the same time, and it is a solution that can provide a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system that can simultaneously implement the functions of fire detection as well as precise temperature measurement by using a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device that can detect temperature changes around an optical fiber as quickly as possible, and since it overcomes the limitations of existing technologies, it is an invention with industrial applicability because it has sufficient possibility of not only utilizing related technologies but also commercializing or selling the applicable devices, and is clearly implementable in reality.
100: 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템
1: 소방용 광섬유분포 온도측정 장치 2: 화재감지용 광케이블
21: 제1 화재감지용 광케이블 22: 제2 화재감지용 광케이블(22)
3: 광스위치 4: 정밀측정용 광케이블
5: 운영컴퓨터 6: 화재수신기 7: 허브100: Dual-function fiber optic distribution temperature measurement system
1: Fiber optic distribution temperature measuring device for firefighting 2: Optical cable for fire detection
21: Optical cable for fire detection 1st 22: Optical cable for fire detection 2nd (22)
3: Optical switch 4: Optical cable for precision measurement
5: Operating computer 6: Fire alarm receiver 7: Hub
Claims (10)
화재감지를 위한 하나 이상의 화재감지용 광케이블;
상기 화재감지용 광케이블과 연결되며, 광섬유에서 발생한 산란광 중에 라만 산란광을 평균화 해서 온도를 측정하는 소방용 광섬유 분포온도 측정 장치;
정밀한 온도측정을 위한 하나 이상의 정밀측정용 광케이블;
상기 화재감지용 광케이블과 정밀측정용 광케이블 사이를 연결하며, 정밀측정용 광케이블을 선별적으로 스위칭 하는 광스위치;
상기 소방용 광섬유 분포온도 측정 장치에서 상기 화재감지용 광케이블의 온도를 측정한 결과를 수신하여 화재유무를 판단하는 화재수신기;
상기 정밀한 온도측정 결과를 얻기 위해, 상기 정밀측정용 광케이블을 통하여 소정의 시간동안 측정된 온도측정 결과를 평균화 처리를 해서 정밀한 온도를 출력하는 운영컴퓨터; 및
상기 소방용 광섬유 분포온도측정 장치의 데이터 출력을, 상기 화재수신기 및 상기 운영컴퓨터와 공유하며, 상기 운영컴퓨터로부터의 상기 광스위치에 대한 제어신호를 광스위치와 연결하는 허브를 포함하고,
상기 화재감지용 광케이블을 2개 사용하는 경우, 하나의 케이블을 화재 감지용 제1 화재감지용 광케이블로 사용되고, 나머지 하나는 상기 광스위치로 입력되는 제 2 화재감지용 광케이블로 사용되고,
상기 소방용 광섬유 분포온도 측정 장치는, 상기 화재감지용 광케이블을 2개 사용하는 경우, 소방법에서 정의한 조건을 만족하는 상기 소방용 광섬유 분포온도 측정장치의 측정시간을 광케이블 당 T1라고하면, 상기 제1 화재감지용 광케이블을 T1시간동안 측정하고, 상기 제2 화재감지용 광케이블을 T1시간 동안 측정하고, 다시 상기 제1 화재감지용 광케이블을 측정하는 순서로 반복하고,
상기 운영컴퓨터는, 상기 제2 화재감지용 광케이블을 통한 T1시간 동안의 반복적인 측정시 마다, 상기 광스위치를 제어하여 상기 제2 화재감지용 광케이블과 상기 광스위치를 경과하여 연결된 하나의 정밀측정용 광케이블의 온도정보를 상기 허브를 통해 수신하고, 정밀한 온도측정 결과를 얻기 위해 T1시간 동안 측정된 상기 하나의 정밀측정용 광케이블의 온도측정 결과를 소정된 횟수 만큼 취합하고, 평균화 처리를 해서 정밀한 온도를 출력한 후, 다시 상기 광스위치를 제어하여 T1시간 동안 또 다른 정밀측정용 광케이블의 온도를 취합하고, 상기 온도 취합 및 출력 동작을 상기 광스위치에 연결된 모든 정밀측정용 광케이블에 대해서 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템.In a dual-function optical fiber distributed temperature measurement system that implements the functions of rapid temperature measurement and precise temperature measurement using a fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device,
One or more fire detection optical cables for fire detection;
A fire-fighting optical fiber distributed temperature measuring device that is connected to the above-mentioned fire detection optical cable and measures temperature by averaging Raman scattered light among scattered light generated from the optical fiber;
One or more precision measurement optical cables for precise temperature measurement;
An optical switch that connects the optical cable for fire detection and the optical cable for precision measurement, and selectively switches the optical cable for precision measurement;
A fire receiver that receives the temperature measurement result of the fire detection optical cable from the above fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device and determines whether there is a fire;
In order to obtain the above precise temperature measurement results, an operating computer that averages the temperature measurement results measured over a predetermined period of time through the above precision measurement optical cable and outputs a precise temperature; and
The data output of the above fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device is shared with the fire receiver and the operating computer, and a hub is included that connects the control signal for the optical switch from the operating computer to the optical switch.
When using two optical cables for fire detection, one cable is used as the first optical cable for fire detection, and the other cable is used as the second optical cable for fire detection input to the optical switch.
The above fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device, when using two fire detection optical cables, if the measurement time of the fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device satisfying the conditions defined in the Fire Service Act is T1 per optical cable, the first fire detection optical cable is measured for T1 hours, the second fire detection optical cable is measured for T1 hours, and then the first fire detection optical cable is measured again in this order.
The above operating computer controls the optical switch for each repeated measurement for T1 hour through the second fire detection optical cable. A dual-function optical fiber distributed temperature measurement system characterized in that the temperature information of one precision measurement optical cable connected through the second fire detection optical cable and the optical switch is received through the hub, the temperature measurement results of the one precision measurement optical cable measured for T1 hour are collected a predetermined number of times to obtain a precision temperature measurement result, the temperature is averaged and output as a precision temperature, and the optical switch is controlled again to collect the temperature of another precision measurement optical cable for T1 hour, and the temperature collection and output operation is repeatedly performed for all precision measurement optical cables connected to the optical switch.
상기 화재감지용 광케이블을 하나만 사용하는 경우,
상기 광스위치가 없이, 상기 화재감지용 광케이블을 직접 정밀측정용 광케이블로 사용하는 것을 특징으로 하는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템. In the first paragraph,
If only one optical cable for fire detection is used,
A dual-function optical fiber distributed temperature measurement system characterized in that the optical cable for fire detection is directly used as an optical cable for precision measurement without the above-mentioned optical switch.
상기 화재감지용 광케이블을 하나만 사용하는 경우,
2채널 이상 여러 채널을 가지는 광스위치를 사용하는 것을 특징으로 하는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템. In the first paragraph,
If only one optical cable for fire detection is used,
A dual-function optical fiber distributed temperature measurement system characterized by using an optical switch having multiple channels, more than two channels.
상기 소방용 광섬유 분포온도 측정 장치는,
온도를 출력하기 위한 최소 측정시간 t와,
소방법으로 규정된 화재감지 시간 T1과 T1=nt(n은 정수) 관계로 표현되는 것을 특징으로 하는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템.In the first paragraph,
The above fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device is,
The minimum measurement time t for outputting the temperature,
A dual-function optical fiber distributed temperature measurement system characterized by a fire detection time T1 stipulated by the Fire Service Act and expressed by the relationship T1=nt (n is an integer).
상기 소방용 광섬유 분포온도 측정 장치는,
정밀하게 온도를 측정해야 하는 경우의 측정시간을 T2라고 하면, T2=N*T1(N은 정수) 관계로 표현되는 것을 특징으로 하는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템.In paragraph 5,
The above fire-fighting optical fiber distribution temperature measuring device is,
A dual-function optical fiber distributed temperature measurement system characterized by the relationship T2=N*T1 (N is an integer), where the measurement time in cases where precise temperature measurement is required is T2.
상기 화재수신기는,
상기 소방용 광섬유 분포온도 측정 장치에서 상기 제1 화재감지용 광케이블의 온도를 측정한 결과만을 수신하여 화재유무를 판단하고, 측정한 결과가 화재 발생이라고 판단되는 경우, 경보를 출력하는 것을 특징으로 하는 이중기능 광섬유 분포 온도측정 시스템. In the first paragraph,
The above fire alarm receiver,
A dual-function optical fiber distributed temperature measurement system characterized in that it receives only the temperature measurement result of the first fire detection optical cable from the above fire-fighting optical fiber distributed temperature measurement device to determine whether there is a fire, and outputs an alarm if the measurement result determines that a fire has occurred.
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