KR100844133B1

KR100844133B1 - 화재감지 장치

Info

Publication number: KR100844133B1
Application number: KR1020080007870A
Authority: KR
Inventors: 장중원
Original assignee: (주)오로라테크놀로지
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2008-07-04

Abstract

본 발명은 불꽃이 발생시키는 자외선 대역을 감지하는 자외선 감지센서와; 상기 자외선 감지센서에 연결되며 입력이 크게 스윙하게 되는 경우에도 출력파형의 변형없이 정상적으로 증폭하는 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)와; 상기 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)의 출력을 증폭시키는 증폭단과; 상기 증폭단의 출력단에 연결된 앤드(AND) 회로와; 상기 앤드(AND) 회로에 연결되어 클럭신호를 전달하는 노이즈 판단 클럭 신호부와; 상기 증폭단의 출력단에 연결되어 증폭단 신호를 디지탈 신호로 변환시키는 에이디(A/D) 변환기와; 상기 앤드(AND) 회로의 출력과 상기 노이즈 판단 클럭 신호부의 클럭신호를 비교하여 화재 여부를 판별하고, 상기 에이디(A/D) 변환기의 출력을 입력받아 화재의 크기를 판별하여 이를 제어신호로 출력시키는 제어부로; 구성되는 것을 특징으로 하는 화재감지 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 연속되는 증폭기의 조합으로 노이즈에 강하고, 감지 효율을 증가시키는 회로부가 간소하게 구성되어 제작비용이 절감되는 화재감지 장치가 제공되는 이점이 있다.

자외선 감지센서, 레일 투 레일 앰프, 앤드(AND) 회로, 클럭신호, 에이디(A/D) 변환기

Description

화재감지 장치{fire monitor circuit}

본 발명은 불꽃이 발생시키는 자외선 대역을 감지하는 자외선 감지센서와; 상기 자외선 감지센서에 연결되며 입력이 크게 스윙하게 되는 경우에도 출력파형의 변형없이 정상적으로 증폭하는 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)와; 상기 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)의 출력을 증폭시키는 증폭단과; 상기 증폭단의 출력단에 연결된 앤드(AND) 회로와; 상기 앤드(AND) 회로에 연결되어 클럭신호를 전달하는 노이즈 판단 클럭 신호부와; 상기 증폭단의 출력단에 연결되어 증폭단 신호를 디지탈 신호로 변환시키는 에이디(A/D) 변환기와; 상기 앤드(AND) 회로의 출력과 상기 노이즈 판단 클럭 신호부의 클럭신호를 비교하여 화재 여부를 판별하고, 상기 에이디(A/D) 변환기의 출력을 입력받아 화재의 크기를 판별하여 이를 제어신호로 출력시키는 제어부로; 구성되는 것을 특징으로 하는 화재감지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화재는 여러 가지의 연소반응에 의해 열, 연기, 연소가스, 복사 등으로 나타나며, 이중 열복사로 빛이 방출될 때 화염의 온도에 따라 각각 다른 특성의 파장이 나타난다.

이러한 파장은 자외선, 가시광선, 적외선으로 영역이 다른 세 가지로 구분되는데, 화재감지 장치는 화재의 이러한 광 반응 특성을 이용하여, 해상도 높은 광분석기(센서)로 각각의 광원을 인식하여 화재를 식별해 내는 것을 주요 작동 원리로 한다.

화재 불꽃감지기의 감지 센서 종류에는 자외선과 적외선을 식별하는 두 종류가 있는데, 일상적인 상황과 화재상황에 나타나는 광원이 다양하므로, 자연적이거나 인공적인 광원과 화재시의 광원을 분리, 인식해서, 화재인식의 효율성을 높여야 한다.

이하, 광원에 따른 파장분포 그래프인 도 2를 참고하여 살펴보기로 한다. 도 2를 살펴보면 화재의 불꽃은 자연광이나 기타 인공광과 달리 자외선 파장대에 특유의 연소특성이 나타나 방사된다.

일반적으로 화재감지장치는 이러한 자외선 파장특성(185∼260㎚)을 감지하여 화재를 감지하는데, 상기 불꽃 특유의 자외선 파장대를 감지하는 일반적인 기술은 UV Tron 방식의 센서(R2868 HAMAMATSU)가 있으며 도 3은 이를 이용한 종래기술방식의 회로구성이다. 상기 센서를 이용할 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 센서의 펄스 출력 열을 감지하여 불꽃의 존재 여부를 판별한다.

그런데 이러한 종래기술방식에 의할 경우, 펄스열이 가지는 정보를 해석하기 위한 별도의 알고리즘이 회로에 포함되어야 하고, 펄스열의 출력에 노이즈가 포함되기 쉬어 오작동의 위험이 내포되는 문제점이 있다.

즉, 이러한 종래의 화재감시 장치는 노이즈에 둔감하여 오작동의 발생율이 크며, 실제 화재인지 여부를 판정하기 위하여 미리 저장된 데이터와 크기와 형태를 비교해야 하므로 회로내 알고리즘이 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 종래의 화재감지 장치는 불꽃의 크기 설정이 어려워 불필요한 불꽃의 감지설정이 어렵다.

즉, 작은 불꽃에도 반응하기 때문에 불꽃의 감지에는 효과가 있지만 가정내 등에서 화재가 아닌 불꽃(가스렌지 불꽃 등)에도 반응하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 펄스열이 가지는 정보를 해석하기 위한 별도의 알고리즘이 회로에 포함될 필요가 없고, 노이즈에 강한 화재감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 불꽃이 발생시키는 자외선 대역을 감지하는 자외선 감지센서와; 상기 자외선 감지센서에 연결되며 입력이 크게 스윙하게 되는 경우에도 출력파형의 변형없이 정상적으로 증폭하는 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)와; 상기 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)의 출력을 증폭시키는 증폭단과; 상기 증폭단의 출력단에 연결된 앤드(AND) 회로와; 상기 앤드(AND) 회로에 연결되어 클럭신호를 전달하는 노이즈 판단 클럭 신호부와; 상기 증폭단의 출력단에 연결되어 증폭단 신호를 디지탈 신호로 변환시키는 에이디(A/D) 변환기와; 상기 앤드(AND) 회로의 출력과 상기 노이즈 판단 클럭 신호부의 클럭신호를 비교하여 화재 여부를 판별하고, 상기 에이디(A/D) 변환기의 출력을 입력받아 화재의 크기를 판별하여 이를 제어신호로 출력시키는 제어부로; 구성되는 것을 특징으로 하는 화재감지 장치를 기술적 요지로 한다.

여기서 상기 자외선 감지센서는 센서 하우징 커버 부분에 불꽃 특유의 자외선 대역을 필터링하여 투과시키는 자외선 필터가 형성된 것을 특징으로 하는 화재감지 장치로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)와 증폭단 사이에는 노이즈 차단 필터 회로가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 화재감지 장치로 되는 것이 바람직하다.

이상 설명한 본 발명에 의하면, 연속되는 증폭기의 조합으로 노이즈에 강하고 정보의 정확성이 우수한 화재감지 장치가 제공되는 이점이 있다.

따라서, 감지 효율을 증가시키는 회로부가 간소하게 구성되어 제작비용이 절감되는 화재감지 장치가 제공되는 이점이 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 회로 구성도이며, 도 2는 광원에 따른 파장분포 그래프이며, 도 3은 종래기술방식의 회로구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 자외선 감지센서(10)와 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)(20)와 증폭단(30)과 앤드(AND) 회로(40)와 노 이즈 판단 클럭 신호부(50)와 에이디(A/D) 변환기(60)와 제어부(70)로 구성된다.

본 발명의 자외선 감지센서는 불꽃에서 방사되는 180∼270㎚ 파장 대역의 자외선을 감지하는 센서이다.

이하, 도 2를 참조하여 상기 자외선의 파장 대역을 살펴보기로 한다. 도 2에는 태양광의 파장과 인공조명인 할로겐 램프의 파장, 불꽃의 파장이 나타나 있으며 자외선에서 가시광선 영역과 적외선을 걸쳐 광범위하게 분포되어 있음을 알 수 있다.

그런데, 상기 불꽃이 발생시키는 파장 영역을 살펴보면 자외선 구간에서 상기 태양광과 할로겐 램프 등의 파장 영역과 구분되는, 180∼270㎚ 파장 대역의 특유 파장대가 존재한다.

본 발명의 자외선 감지센서(10)는 상기 불꽃 특유의 자외선 파장을 감지하여 불꽃의 존재 여부를 판단한다.

일반적으로 자외선 감지센서(10)로는 반도체 방식의 센서와 UV Tron 방식의 센서(R2868 HAMAMATSU)가 있으나 본 발명에서는 반도체 방식의 센서를 사용하는 것이 바람직하다.

통상, 자외선 감지센서(10)의 감지 범위는 자외선 대역에 널리 분포되어 있으나, 반도체 방식의 센서일 경우 특정 감지 대역을 선택하여 제작하기 쉬우며, 본 발명에서는 특히 상기 반도체 방식의 센서 하우징 커버 부분에 불꽃 특유의 자외선 대역을 필터링하여 투과시킴으로써 노이즈 영역이 최소화되는 자외선 센서가 구성되도록 하였다.

상기 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)(20)는 상기 자외선 감지센서(10)에 연결되어 센서 출력을 증폭시킨다.

상기 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)(20)는 입력이 크게 스윙하게 되는 경우에도 출력 파형의 변형없이 정상적으로 증폭하는 특징을 가진다.

따라서 불꽃에 의한 감지 신호의 크기를 원형 그대로 증폭시켜 주는 특징이 있어서 정밀도가 향상되고 노이즈의 제거 특성이 우수해진다.

본 발명의 상기 증폭단(30)은 상기 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)(20)의 출력을 증폭시키는 회로부이다. 도 1에서는 출력의 형태를 재반전시키기 위하여 두개의 차동증폭기를 직렬로 연속해서 사용하였으나, 이는 설계자가 희망하는 형태에 따라 다양한 선택이 가능해 질 것이다.

상기 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)(20)와 증폭단(30) 사이에는 노이즈 차단 필터 회로를 더 포함시켜 정해진 주파수 대역 이외의 신호가 입력되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

상기 증폭단(30)의 출력은 본 발명의 앤드(AND) 회로(40)와 에이디(A/D) 변환기(60)에 병렬 연결된다.

상기 앤드(AND) 회로(40)의 또 다른 단자에는 본 발명의 노이즈 판단 클럭 신호부(50)가 연결되는데, 상기 노이즈 판단 클럭 신호부(50)는 펄스열의 클럭신호(5)를 발생시키는 회로부이다.

도면에 도시된 바와 같이 상기 증폭단(30)이, 출력이 일정시간 지속되는 실제의 화재 불꽃을 감지한 것이라면 상기 앤드(AND) 회로(40)의 출력은 상기 노이즈 판단 클럭 신호부(50)에서 출력시키는 클럭신호(5)와 동일한 펄스열(5'')이 출력될 것이고, 만일 상기 증폭단(30)의 출력이 순간적인 섬광 또는 낙뢰 등에 의한 노이즈라면 상기 앤드(AND) 회로(40)의 출력은 상기 노이즈 판단 클럭 신호부(50)에서 출력시키는 클럭신호(5)와 다른 펄스열이 출력될 것이다.

상기 에이디(A/D) 변환기(60)는 상기 증폭단(30)의 출력을 디지탈 신호로 변환시키는 회로부로서 불꽃의 크기에 따라 다른 신호가 출력되게 하여 불꽃의 크기를 판별하게 한다.

상기 에이디 변환기(60)의 출력으로 화재의 크기를 식별함으로써, 실제 화재에 의한 불꽃 신호인지, 아니면 실생활 중 형성되는 불꽃 신호(생일 케이크의 촛불, 가스렌지의 불꽃 등)인지를 감지하여 화재 여부를 판단하게 된다.

본 발명의 제어부(70)는 상기 앤드(AND) 회로(40)의 출력과 상기 노이즈 판단 클럭 신호부(50)의 클럭신호를 비교하여 화재 여부를 판별하고, 상기 에이디(A/D) 변환기(60)의 출력을 입력받아 화재의 크기를 판별하여 이를 제어신호로 출력시킨다.

도 1에 예시된 본 발명의 제어부(70)는 PIC16F84 프로세서를 사용하는데, 상기 프로세서의 경우에는 노이즈 판단 클럭 신호부(50)로 사용할 수 있고 그 클럭 횟수를 지정할 수 있는 클럭 세팅부(51)와 상기 에이디(A/D) 변환기(60)의 출력 레벨을 정하여 크기를 판정할 수 있는 화재 크기 세팅부(61) 등을 구성하기 용이하다.

이와 같은 구조의 본 발명에 의하면 화재의 불꽃에 대한 감지 반응이 정확하 고, 빠르게 실현되는 화재감지 장치가 제공된다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 실시예는 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예에 불과하며, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 회로 구성도

도 2는 광원에 따른 파장분포 그래프

도 3은 종래기술방식의 회로구성도

*도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명*

10 : 자외선 감지센서 20 : 레일 투 레일 오피 앰프

30 : 증폭단 40 : 앤드(AND) 회로

50 : 노이즈 판단 클럭 신호부 60 : 에이디(A/D) 변환기

70 : 제어부

Claims

불꽃이 발생시키는 자외선 대역을 감지하는 자외선 감지센서와;

상기 자외선 감지센서에 연결되며 입력이 크게 스윙하게 되는 경우에도 출력파형의 변형없이 정상적으로 증폭하는 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)와;

상기 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)의 출력을 증폭시키는 증폭단과;

상기 증폭단의 출력단에 연결된 앤드(AND) 회로와;

상기 앤드(AND) 회로에 연결되어 클럭신호를 전달하는 노이즈 판단 클럭 신호부와;

상기 증폭단의 출력단에 연결되어 증폭단 신호를 디지탈 신호로 변환시키는 에이디(A/D) 변환기와;

상기 앤드(AND) 회로의 출력과 상기 노이즈 판단 클럭 신호부의 클럭신호를 비교하여 화재 여부를 판별하고, 상기 에이디(A/D) 변환기의 출력을 입력받아 화재의 크기를 판별하여 이를 제어신호로 출력시키는 제어부로;

구성되는 것을 특징으로 하는 화재감지 장치.
제1항에 있어서 상기 자외선 감지센서는

센서 하우징 커버 부분에 불꽃 특유의 자외선 대역을 필터링하여 투과시키는 자외선 필터가 형성된 것을 특징으로 하는 화재감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서 상기 레일 투 레일 오피 앰프(Rail To Rail OP AMP)와 증폭단 사이에는

노이즈 차단 필터 회로가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 화재감지 장치.