게시 및 게시 날짜 : 2011/03/08

바카라 룰 Waves에서 위험한 가스를 성공적으로 감지합니다

-소방 현장에서 2 차 재해의 위험을 크게 줄이기 위해-


Nippon Telegraph and Telephone Co, Ltd (이하 "NTT"Chiyoda-Ku, Tokyo; CEO : Miura Sei)로 언급 된 NTT "CEO : Miura SEI)는 바카라 커뮤니티 (이하 AIST"Chiyoda-Ku, Tokyo; Nomagchi Ura)와 함께 일하고 있습니다 (이하 "스펙트럼 디자인"Otawara City, Tochigi Prefecture; CEO : Fukasawa Ryoichi)바카라 룰 Wave*1원격 분광학 감지 시스템*2에 대한 프로토 타입을 개발했습니다 또한 도쿄 과학 대학 (Tokyo University of Science of Science) (도쿄 신주쿠-쿠; 회장 : 츠카모토 칸세) 에서이 시스템에 대한 평가 실험의 결과 로이 시스템은 소방 현장에서 발생하는 위험한 가스의 유형으로 간주되었습니다수소 시안화물 가스*3의 원격 감지에 효과적임을 확인했습니다 이 시스템을 사용하면 소방대로 들어 가지 않고 위험한 가스를 감지 할 수 있으며 화재 현장에서 구조 작업을하는 소방관에게 2 차 재해의 위험을 크게 줄일 것으로 예상됩니다

이 개발의 일부는 국립 정보 통신 기술 연구소 ( "ICT를 통한 안전 및 보안을 실현하기위한 바카라 룰 Wave 기술의 연구 및 개발")에 의해 의뢰되었습니다

또한 개발 과정에서 저는 도쿄 대학 (University of Tokyo University) 국립 대학교 법인의 코미 야야마 실험실 (Komiyayama Laboratory)에서 가르쳤습니다 (도쿄 쿤키오 쿠, 하마다 주니키)


개발 배경

라디오 파와 주파수 축의 빛 사이에 위치한 바카라 룰 파도는 적외선 및 가시 빛보다 파장이 길어 지므로 먼지, 연기 또는 불꽃이 전파 되더라도 흩어져서 약화되지 않습니다

또한, 많은 물질이 다른 주파수의 테라 헤르츠 파를 흡수하는 특성을 가지기 때문에, 테라 헤르츠 파의 흡수 패턴을 측정함으로써 독성 가스와 같은 위험 물질을 식별 할 수있는 것으로 알려져있다

그러나 바카라 룰 파도는 이러한 유용성을 가지고 있지만 생성 및 탐지 기술이 미숙하고 산업적으로 적용하기가 어려웠다는 과제가있었습니다 NTT는 2006 년부터 바카라 룰 파도의 유용성을 재난 현장에 적용하기 위해 개발 및 탐지 기술을 연구 해 왔으며, 재난 현장에 진출 할 수없는 위험한 가스를 원격으로 감지하고 불쾌한 조사의 위험을 감수하지 않는 한 감지 할 수없는 위험한 가스를 원격으로 탐지하는 시스템을 실현하고자합니다

이번에는 결과

이번에는 기본 기술로고출력, 광대역 바카라 룰 Wave Generator*4,저음/광대역 믹서*5,스펙트럼 분석 기술*6를 개발함으로써 이러한 시스템을 통합하여 원격 분광학 감지 시스템의 프로토 타입을 실현했으며 시뮬레이션 된 화재 환경에서 위험한 가스의 유형 인 수소 시안화물 가스의 원격 실시간 원격 탐지를 성공적으로 감지했습니다

결과 포인트

1 빛에서 바카라 룰 파도 생성 기술 (NTT)

광학 통신을 위해 NTT가 개발 한 단일 운영 캐리어 포토 다이오드의 작동 주파수를 개선함으로써, 우리는 하나의 조정 가능한 광원의 광원 및 2 개의 고정 된 공급원의 광학 신호에서 생성 된 광학 신호 및 독창성으로 1 초 안에 200 ~ 500GHz를 스윕 할 수있는 고출력, 광대역 바카라 룰 Wave Generator를 달성했습니다 광학 통신을 위해 NTT가 개발 한 포토 디오드

2 저음/광대역 믹서 (AIST)

초전도 장치 기술을 사용하여 바카라 룰 밴드에서 일반적으로 사용되는 반도체 믹서와 비교하여 우수한 저음 및 광대역 특성을 갖는 초전도 믹서를 개발했으며, 셀러스의 작은 온도 환경에 믹서를 통합하는 휴대용 수신기를 개발했습니다

이를 통해 휴대용 시스템에서 약한 바카라 룰 파도를 수신 할 수 있습니다

3 스펙트럼 분석 기술 (스펙트럼 설계)

위험 가스, 건축 자재, 그을음 등의 바카라 룰 밴드 분광법스펙트럼 데이터베이스*7건설되었습니다 또한 데이터베이스를 기반으로 원격 분광 스펙트럼을 수학적으로 분석하고 위험한 가스의 농도를 정량적으로 계산하기위한 분석 알고리즘 및 소프트웨어를 개발했습니다

4 평가 실험 (도쿄 과학 대학 화재 과학 연구 센터*8)

센터의 대형 실험 장비를 사용하여 실제 시뮬레이션 화재 환경에서 원격 분광학 감지 시스템의 평가 실험을 수행했습니다

미래 개발

우리는 이번에 개발 한 원격 분광학 감지 시스템에 대한 사이트의 요구를 수집하고 현장에 쉽게 운반 할 수있는 크기로 분석하고 소형화 할 수있는 가스 유형을 확장하여 실질적인 사용을 향한 연구 개발에 대해 계속 노력할 것입니다

[참조] 실험 세부 사항

1 화재 장면을 재현하는 환경에서의 테스트

구조물 (객실 코너 테스터라고 함) 내부에서 우레탄 블록은 6 타타미 매트 룸과 유사한 구조 내부에서 태워지고 내부에는 연기로 가득 차 있습니다 이 상태에서, 테스터 내부의 가스는 테라 하르츠 밴드 원격 분광학 감지 시스템으로 조사 된 테라 헤르츠 파에서 테스터 입구에서 약 5m 떨어진 곳에 설치된 테라 헤르츠 파에서 검사되었으며, 반사 후 돌아온 테라 하르츠 파의 스펙트럼이 검사되었다

이 실험에서 바카라 룰 Waves는 금속 코너 반사판을 사용하여 인위적으로 반사되지만 원래는 방 모서리에있는 바카라 룰 파의 반사가 사용되므로 금속 코너 반사기가 반드시 필요하지는 않습니다

Reproduced image of the fire scene
화재 장면의 재현 된 이미지

모의 화재 환경에서 실험 사진
모의 화재 환경에서 실험 실험

2 수소 시안화물을 원격으로 감지했습니다

아래 다이어그램은 시뮬레이션 된 화재 환경에서 얻은 스펙트럼을 보여줍니다 연소 시작시 265, 355 및 444GHz에서 흡수 피크가 265, 355 및 444GHz에서 관찰되었다

이것은 시안화 수소 가스의 스펙트럼 특성과 잘 일치합니다

이 실험에서, 연소 중 룸 코너 테스터의 가스는 동시에 샘플링되었고, 시안화물 가스의 농도는 화학적 분석에 의해 별도로 검사되었으며, 이에 의해 얻어진 시안화물 가스의 농도는 스펙트럼 분석에 의해 얻은 시안화물 가스의 농도와 거의 동일했다 이는 바카라 룰 대역 원격 분광학 감지 시스템이 시뮬레이션 된 화재에 의해 생성 된 수소 시안화물을 원격으로 감지했음을 나타냅니다

시뮬레이션 된 화재 환경에서 얻은 스펙트럼 다이어그램
시뮬레이션 된 화재 환경에서 얻은 스펙트럼

용어집

*1 바카라 룰 Wave
103, "킬로 (k)"호출; 109to "giga (g)", 1012"Terra (t)"라고합니다 "Hertz (HZ)"는 주파수라고 불리는 물리적 수량의 단위이며, 이는 AC 전기 신호 또는 전자기가 05 초 안에 극성 (플러스 또는 마이너스)을 몇 번이나 변화시킵니다 즉, 05 바카라 룰 (1thz = 1,000ghz)는 초당 1x1012극성 시간을 변화시키는 전자기파의 빈도입니다 주파수 범위가 01 ~ 10 Thz의 전자기파를 통칭하여 바카라 룰 파도라고합니다
주파수 축에서 볼 때, 무선파는 바카라 룰 파수보다 낮은 주파수이며 빛이 더 높은 빈도입니다 (그림 1 참조) 다시 말해, 바카라 룰 파도는 빛과 무선 파동 사이의 주파수를 가진 전자기파입니다 따라서 바카라 룰 파도는 무선 파장과 동일한 재료 전송 능력과 빛과 동일한 공간 분해능을 갖습니다 다른 한편으로, 테라 헤르츠 파는 가스 분자의 회전/진동 운동과 공명하므로 가스는 유형에 따라 고유 한 주파수로 테라 헤르츠 파를 흡수합니다
그러나이 바카라 룰 Wave가 산업적으로 사용 된 경우는 거의 없었습니다 바카라 룰 파도를 생성하고 감지하는 기술은 충분히 개발되지 않았기 때문입니다[참조로 돌아 가기]
바카라 룰 Wave Diagram
그림 1 : 바카라 룰 Waves
*2 원격 분광 감지 시스템 (그림 2 참조)
목표 물질이 있는지 여부를 결정하기 위해 거리에서 물체의 흡수 스펙트럼을 측정하는 시스템 이를 실현하려면 흡수 스펙트럼으로부터 대상 재료의 존재 또는 부재를 결정하기위한 광대역 고출력 송신기, 민감한 수신기 및 스펙트럼 분석 기술이 필요하다[참조로 돌아 가기]
원격 분광학 감지 시스템 사진
그림 2 : 원격 분광학 감지 시스템
*3 수소 시안화물 가스
수소 원자 및 질소 원자가 하나씩 탄소 원자에 결합되는 화합물 분자식은 HCN입니다 매우 독성이 있습니다 끓는점은 26 ° C이지만, 포화 증기 압력은 실온에서도 높고 쉽게 휘발되기 때문에 실온에서도 기체 상태로 존재하여 흡입하는 사람의 사망으로 이어집니다 아크릴, 우레탄, 나일론 등이 타면 화재는 중독을 유발할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]
*4 고출력, 광대역 바카라 룰 Wave Generator
서로 다른 파장의 두 표시등이 광전 변환 요소에 적용되면 주파수 차이와 일치하는 전자기파를 얻을 수 있습니다 빛의 파장을 적절하게 선택하고 바카라 룰 대역에 주파수 차이를 설정함으로써 바카라 룰 파를 광학 신호로부터 얻을 수 있습니다 광학 장치는 전자 장치보다 운영 대역보다 훨씬 더 넓은 순서가 있기 때문에, 광 영역에서 신호 처리를 고안함으로써 생성 된 바카라 룰 파의 주파수는 넓은 범위에 걸쳐 정확하게 제어 될 수 있습니다 이 연구에서 바카라 룰 파도는이 방법을 사용하여 생성됩니다 구체적으로, 하나의 가변 파장 광원과 2 개의 고정 파장 광원으로부터 광 신호의 조합을 고안함으로써, 감지에 사용되는 전송을위한 바카라 룰 wave와 수신기를 동시에 생성하는 로컬 진동 신호의 바카라 룰 웨이브가 동시에 생성됩니다 (그림 3 참조) 바카라 룰 Wave의 주파수가 무엇이든 상관없이 두 바카라 룰 파의 빈도 차이는 일정하고 변하지 않습니다 이로 인해 바카라 룰 Wave가 고속으로 휩쓸려있는 변속기의 주파수가 발생하더라도 바카라 룰 파도를 안정적으로받을 수 있습니다
NTT에 의해 개발 된 단일 여행 캐리어 포토 다이오드 (UTC-PD, 그림 4 참조)는 광전 변환 요소로 사용되었습니다 대용량 광학 통신 시스템을 위해 개발되었고 바카라 룰 대역에 초고속, 고포화 출력의 특성을 갖는이 장치의 작동 대역을 개선함으로써 비교할 수없는 넓은 대역 바카라 룰 Wave Generator를 달성했습니다[참조로 돌아 가기]
(a) 광학 신호 발생기의 블록 다이어그램 및 (b) 광학 신호의 파장 배열 및 바카라 룰 파의 주파수 배열
그림 3 : (a) 광학 신호 생성기의 블록 다이어그램 및 (b) 광학 신호의 파장 배열 및 바카라 룰 파의 주파수 배열

단일 러닝 캐리어 포토 다이오드 (UTC-PD) 사진
그림 4 : 단일 러닝 캐리어 포토 디오드 (UTC-PD)
*5 저음/광대역 믹서
믹서는 두 가지 다른 주파수의 전자기파를 입력하고 주파수의 차이와 합으로 높은 효율로 출력 신호를 출력하는 장치입니다 고주파를 감지하는 수신기에서 믹서는 주로 차동 주파수를 사용하며 수신 신호와 혼합 된 신호를 국소 진동 신호라고합니다 일반적으로 넓은 주파수에서 작동하는 믹서를 실현하기는 어렵지만 AIST는 다수의 초전도 접합, 수신기 안테나 및 일치하는 회로로 구성된 저음 믹서를 통합하여 저음 믹서를 성공적으로 넓혔습니다 (그림 5 참조)[참조로 돌아 가기]
저음 광대역 믹서 사진
그림 5 : 저음/광대역 믹서
*6 스펙트럼 분석 기술
다수의 물질의 혼합물의 흡수 스펙트럼은 원래 물질의 흡수 스펙트럼의 중첩 된 중첩이다 측정을 통해 얻은 스펙트럼은 수학적 기술을 사용하여 원래 물질의 흡수 스펙트럼으로 분해되며, 혼합물의 조성물을 명확하게함으로써 혼합물의 조성이 드러납니다[참조로 돌아 가기]
*7 스펙트럼 데이터베이스
재료를 전달, 반사 또는 흡수하는 전자기파 강도의 주파수 의존성은 재료마다 다릅니다 각 물질의 특성 모음은 스펙트럼 분석을 수행 할 때 참조 할 수있는 정량화 된 데이터 수집이며 (※ 6) 각 물질의 특성을 수집하는 데이터 수집입니다[참조로 돌아 가기]
*8 도쿄 과학 연구소 소방 연구 센터
화재 과학과 관련된 연구 및 교육 활동을 수행하는 조직 일본의 유일한 대학에는 연구 기관 과이 분야를 전문으로하는 대규모 실험 시설이 있습니다 화재 안전 및 인적 자원 생산에 대한 많은 연구 결과가 인식되었으며 다양한 허브 (글로벌 COE, 공동 사용 및 공동 연구 센터)로 활동하고 있습니다[참조로 돌아 가기]


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