KR101753873B1 - 적외선광 산란보정 비분산형 연기감지장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공기의 유동을 쉽게 하고 고가의 반사물질이 코팅된 금형물 없이 화재연기를 측정할 수 있도록 하되 수증기 및 먼지 등 비화재보 유발물질에 따른 영향을 최소화할 수 있는 적외선광 산란보정 비분산형 연기감지장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 연기감지장치에 관한 것으로, 자세하게는 공기의 유동을 쉽게 하고 고가의 반사물질이 코팅된 금형물 없이 화재연기를 측정할 수 있도록 하되 수증기 및 먼지 등 비화재보 유발물질에 따른 영향을 최소화할 수 있는 적외선광 산란보정 비분산형 연기감지장치에 관한 것이다.
연기감지장치는 화재발생 초기에 신속 정확하게 감지하여 경보발생 및 소화장치의 구동과 같은 원활한 초기 대응이 이루어지도록 함으로 화재 억제를 위해 필수적인 장비이다.
이에 화재상황의 정확한 감지를 위한 다양한 방법들이 개발되었으며, 감지부로 연기가 유입됨에 따른 광전소자의 입사광량이 변화하는 원리를 이용한 광학센서가 적용된 기술이 많이 채택된 바 있다.
하지만, 이러한 방식에서는 화재로 인한 연기뿐만 아니라 수증기 먼지 등도 입사광량의 변화에 영향을 미치므로 화재에 의한 열, 연기 또는 불꽃(화염) 이외의 요인에 의하여 감지장치가 작동하여 화재경보를 발하는 일명 비화재보(Unwanted Alarm)가 발생한다는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위해 최근 화재에 의해 발생하는 특정 가스 성분에 의해 특정 파장의 적외선이 흡수되는 것을 이용한 비분산형 적외선 흡수센서(NDIR, Non-dispersive infrared absorption)를 사용함으로 계측 가스의 분자 구조에 따라 결정되는 흡수 파장의 적외선의 흡광도(吸光度)를 계측함으로써, CO2의 농도를 계측하는 기술이 개발되었다.
도 1은 종래의 NDIR 센서를 사용한 감지장치의 개략적인 구조를 나타낸 개념도로서, 가스의 유입과 유출이 이루어지는 광도파관(3) 내부 양단에 각각 적외선 광원(1)과 적외선센서(2)가 설치되는 구조를 갖는다.
이와 같은 적외선센서를 통해 종래 광학센서에서 문제되던 수증기와 먼지에 의한 비화재보의 발생률을 낮출 수 있으나, 적외선 광원의 산란을 막기 위해 공기의 유입구 및 배출구를 최소화함으로 가스의 유동부분이 협소하여 화재감지를 위한 반응속도가 느릴 뿐만 아니라 펌프와 같은 부속기기의 상시 동작이 요구되는 문제가 있다.
특히 NDIR 센서는 적외선 광원의 산란을 막기 위해 적외선 광원과 적외선센서 사이에 반사거울 역할을 위해 반사율이 높은 은(Ag), 금(Au) 등으로 코팅된 광도파관이 필요함에 따라 이로 인한 생산단가의 상승으로 화재감지장치로서 적용이 어려웠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 가스의 유동성을 높이면서 종래의 반사물질이 코팅된 도파관 없이 화재연기를 측정하되 수증기 및 먼지 등 비화재보 유발물질에 따른 영향을 최소화할 수 있는 적외선광 산란보정 비분산형 연기감지장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 측면으로 다수 형성된 개구부를 통해 내부로 유입된 가스성분을 분석하는 연기감지장치에 있어서, 외측으로 다수의 차광판 배열을 통해 개구부를 형성함으로 외부로부터의 가스유입을 허용하되, 빛의 유입은 차단하는 차광부; 상기 차광부 내측에 위치하여 일 방향으로 적외선을 방출하는 광원부; 상기 광원부에서 방출된 적외선을 직접 수광하되, 통과되는 적외선 파장이 상이한 제1필터 및 제2필터와, 상기 제1필터 및 제2필터를 통과한 적외선을 각각 감지하는 제1수광센서 및 제2수광센서를 구비하는 제1감지부; 상기 광원부에서 방출되는 적외선의 직접 수광이 아닌 산란광을 감지하되, 상기 제2필터와 동일한 적외선 파장을 통과시키는 제3필터와, 상기 제3필터를 통과한 적외선을 감지하는 제3수광센서를 구비하는 제2감지부; 상기 제1수광센서에서 감지된 신호를 통해 1차 농도값을 산출하는 제1산출부와, 상기 제2수광센서 및 제3수광센서에서 감지된 신호를 비교하여 보정값을 산출하는 제2산출부와, 상기 보정값을 통해 상기 1차 농도값을 보정하는 보정부를 구비하는 제어부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 차광부의 외측을 둘러 일정 크기 이상의 먼지의 유입을 차단하는 그물망 구조의 방진부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1필터는 이산화탄소(CO2) 성분에 의해 흡수되는 파장대의 적외선을 통과하도록 구성되고, 상기 제2필터 및 제3필터는 유입되는 가스 성분에 의해 흡수되지 않는 파장대의 적외선을 통과하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 차광부는 1회 이상 절곡되고 흑색의 무반사 도료가 코팅된 차광판이 설정된 간격으로 떨어지며 일부분이 상호 중첩되는 형상으로 배열되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 보정된 농도값을 시간의 흐름에 따라 저장하는 저장부와, 상기 저장부의 데이터를 분석하여 화재 여부를 판단하는 판단부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명을 이용함으로 기존의 NDIR 센서를 사용한 제품과 같이 비용의 상승요인인 금이나 은이 도금된 도파관이 필요하지 않음에 따라 상대적으로 저렴하게 제품생산이 가능하면서도 가스의 유입 및 유동성을 높여 보다 정확하고 빠른 감지 결과를 얻을 수 있다.
또한, 수증기 및 먼지 등의 비화재보 유발물질에 따른 영향을 최소화할 수 있는 구조로 이루어짐과 더불어 이러한 요인으로 인한 측정값의 보정을 통해 감지결과의 정확성을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 NDIR 센서를 사용한 감지장치의 개략적인 구조를 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서의 배치를 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차광부의 구조를 나타낸 절개도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서의 배치를 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차광부의 구조를 나타낸 절개도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 적외선광 산란보정 비분산형 연기감지장치의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구조를 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서의 배치를 나타낸 개념도, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차광부의 구조를 나타낸 절개도이다.
본 발명은 기본적으로 높이가 낮고 상부와 하부가 막힌 원통 형상의 몸체(100)를 구비하고, 상기 몸체(100) 측면으로 개구부(112)가 다수 형성됨으로 이를 통해 상기 몸체(100) 내부로 유입된 가스성분의 분석이 이루어질 수 있도록 구성되며, 이를 위해 상기 몸체(100) 내부에는 차광부와, 제1감지부(130)와, 제2감지부(140)와, 제어부(150)의 주요 구성이 구비된다.
상기 차광부는 상기 몸체(100)의 외주면을 따라 일정 간격으로 배치된 다수의 차광판(111)의 배열을 통해 외부와 내부를 구분하되, 인접한 차광판(111) 사이의 간격을 통해 형성되는 개구부(112)를 통해 외부로부터의 가스유입을 허용하되, 빛의 유입은 차단함으로 상기 몸체(100) 내부에 실질적으로 암실과 같은 환경을 만들게 된다.
이는 본 발명이 앞서 언급한 바와 같이 적외선의 흡광도를 통해 연기를 감지함에 따라 외부의 조명에 의한 적외선으로 인한 간섭을 배제하기 위한 구조로서, 복수의 차광판(111)이 일정간격으로 떨어진 상태에서 외측의 빛이 내측으로 유입되지 않도록 일정부분 서로 겹쳐지도록 배열함으로 구현될 수 있다.
바람직하게는 첨부된 도 2 및 5와 같이 1회 이상 절곡되어 'ㄱ"자 형상의 갖는 차광판(111)을 설정된 간격으로 떨어뜨리면서 외측에서 내측 또는 내측에서 외측으로 보았을 때 일부분이 상호 중첩되는 형상으로 배열하게 되며, 더불어 상기 차광판(111)의 표면 및 몸체(100)의 내측에 흑색의 무반사 도료가 코팅되도록 함으로 외부의 빛에 의한 영향이 배제된 상태에서 보다 원활하고 정밀한 적외선 흡광도의 측정이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 차광부의 외측을 둘러 일정 크기 이상의 먼지의 유입을 차단하는 그물망 구조의 방진부(101)가 더 구비된다. 즉 상기 개구부(112)의 크기를 너무 작게 할 경우 가스의 유동성의 저해와 더불어 감지결과의 지연이 발생하게 될 뿐만 아니라 구조적으로도 한계가 있으므로, 큰 크기의 이물질이나 먼지가 유입됨으로 측정을 방해하지 않도록 일정 규격의 금속 메쉬(mesh)를 통해 먼지 유입을 차단하게 된다. 물론 그물망이 너무 작을 경우 가스 유동성을 저해하게 되므로 지장을 주지 않는 범위의 그물망 크기가 요구되며, 일정 수준의 미세먼지의 유입을 수용하게 된다.
상기 광원부(120)는 적외선을 방출하는 적외선램프로서, 상기 차광부 내측에 위치하여 상기 몸체(100) 내측 일 방향으로 적외선을 방출하도록 구성되며, 방출되는 적외선이 가능한 직선상으로 집중되어 방출되도록 하는 광학렌즈(L)가 구비된다.
상기 제1감지부(130)는 상기 광원부(120)와 대향하도록 설치되어 상기 광원부(120)에서 방출된 적외선을 직접 수광하는 구성으로, 통과되는 적외선 파장이 상이한 2개의 적외선 필터 즉, 제1필터(131) 및 제2필터(132)와, 각 적외선 필터를 통과한 적외선을 개별적으로 수광하도록 제1수광센서(133) 및 제2수광센서(134)를 구비하게 된다.
즉 상기 개구부(112)를 통해 내부로 유입된 가스를 향해 상기 광원부(120)로부터 적외선 방출시, 유입 가스에 포함된 CO2가 특정 파장의 적외선을 흡수하는 점에 착안하여 이를 감지하도록 하는 구성으로, 첨부된 도 2와 같이 상기 차광부 내측 구역에서 상기 광원부(120)와 제1감지부(130) 사이의 거리가 가능한 최대가 되도록 서로 마주보도록 설치되어, 특정 파장에 따른 흡광을 원활히 이루어지도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 제1필터(131)는 이산화탄소(CO2) 성분에 의해 흡수되는 파장대인 4.22 ~ 4.30㎛의 적외선을 통과시키도록 구성되고, 상기 제2필터(132)는 유입되는 가스 성분에 의해 흡수율이 가장 낮아 실질적으로 흡수되지 않은 것으로 인지할 수 있는 파장대인 3.86 ~ 3.94㎛의 적외선을 통과시키도록 구성된다.
또한, 본 발명에서는 상기 제1수광센서(133) 및 제2수광센서(134)가 각각 분리된 상태로 나타나고 있으나, 두 개의 센서가 일체화된 듀얼센서 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 광원부(120)에서 방출된 적외선이 상기 제1수광센서(133) 및 제2수광센서(134)로 집중될 수 있도록 상기 제1필터(131) 및 제2필터(132) 전면으로 광학렌즈(L)가 구비된다.
상기 제2감지부(140)는 상기 제1감지부(130)와 마찬가지로 적외선을 수광하는 구성으로, 제1감지부(130)와 달리 상기 광원부(120)에서 방출되는 적외선을 직접 수광하지 않고, 유입된 가스 중의 특정성분에 의한 산란광을 감지하게 된다. 즉 첨부된 도 2 내지 3과 같이 상기 제2감지부(140)는 상기 광원부(120)와 대향되지 않는 즉 상기 광원부(120)의 적외선을 직접적으로 수광할 수 없는 위치에 설치되어 유입된 가스 중의 수증기나 미세먼지로 인해 산란된 적외선만을 감지할 수 있도록 한다.
또한, 상기 제2감지부(140)는 상기 제2필터(132)와 동일한 적외선 파장인 3.86 ~ 3.94㎛의 적외선을 통과시키는 제3필터(141)와, 상기 제3필터(141)를 통과한 적외선을 감지하는 제3수광센서(142)를 구비하여, 유입된 가스 중의 특정 성분의 감지가 아닌 이후 설명될 보정값을 위한 참조신호를 수집한다. 마찬가지로 분산된 적외선이 상기 제3수광센서(142)로 집중될 수 있도록 상기 제3필터(141) 전면으로 광학렌즈(L)가 구비된다.
상기 제어부(150)는 MCU와 같은 회로유닛으로, 상용전원이나 배터리 등으로부터 전원을 공급받아 기본적으로 상기 광원부(120)와 제1수광센서(133)와 제2수광센서(134)와 제3수광센서(142)를 제어하되, 각 수광센서를 통해 감지된 측정값을 활용하여 화재 여부를 판단하게 된다.
이를 위한 본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 제어부(150)는 증폭부(151)와, 변환부(152)와, 제1산출부(153)와, 제2산출부(154)와, 보정부(155)와, 저장부(156)와, 판단부(157)를 구비하게 된다.
상기 증폭부(151)는 상기 제1수광센서(133)와 제2수광센서(134)와 제3수광센서(142)에서 출력된 측정신호를 소정의 레벨로 증폭하기 위한 증폭회로이고, 상기 변환부(152)는 상기 증폭부(151)를 통해 증폭된 아날로그 신호를 원활한 처리를 위한 디지털신호로 변환하는 A/D 변환회로로, 각 수광센서의 측정신호를 디지털 신호로 변환후 화재감지를 위한 측정값 산출이 이루어지게 된다.
상기 제1산출부(153)는 상기 제1수광센서(133)에서 감지된 신호를 통해 1차 농도값을 산출하는 구성으로, 상기 제1수광센서(133)는 제1필터(131)를 통해 유입 가스 중 CO2 성분에 의해 일정부분이 흡수된 파장대의 적외선을 감지하게 되므로 상기 제1수광센서(133)의 측정값을 적외선의 불활성 기체 통과시 얻어진 기준값과 비교함으로 가스 중 CO2 농도인 1차 농도값의 산출이 가능하다.
상기 제2산출부(154)는 상기 제2수광센서(134) 및 제3수광센서(142)에서 감지된 신호를 비교하여 보정값을 산출하는 구성으로, 앞서 언급한 바와 같이 유입된 가스에는 CO2뿐 아니라 화재시 발생물질인 수증기와 미세먼지가 포함되므로 정상적인 CO2 측정을 방해하게 된다. 상기 제2수광센서(134) 및 제3수광센서(142)는 전방에 각각 구비되는 제2필터(132) 및 제3필터(141)에 의해 특정성분에 의한 흡수가 이루어지지 않거나 흡수율이 매우 낮은 파장대의 순수 적외선을 검출하도록 구성된다.
하지만, 실질적으로 유입된 가스 중 포함된 수증기나 미세먼지에 의해 적외선이 분산됨에 따라 측정되는 적외선량에 차이가 발생하게 되므로, 상기 광원부(120)를 통해 방출된 적외선을 직접 수광하는 제2수광센서(134)와, 수증기 및 미세먼지에 의해 산란된 적외선을 수광하는 제3수광센서(142)의 값을 비교함으로 상기 광원부(120)과 제1감지부(130) 사이에서 적외선 측정량에 영향을 미치는 수증기 및 미세먼지에 의한 영향을 수치화하여 보정값으로 산출 가능하다.
상기 보정부(155)는 상기 제2산출부(154)를 통해 산출된 보정값을 통해 상기 1차 농도값을 보정하는 구성으로, 앞서 언급한 바와 같이 적외선을 직접 수광하는 제2수광센서(134)와, 수증기 및 미세먼지에 의해 산란된 적외선을 수광하는 제3수광센서(142) 사이의 차이가 바로 수증기 및 미세먼지에 의한 영향에 따른 수치가 되므로 이를 1차 농도값에 반영함으로 수증기 및 미세먼지에 의한 영향을 배제한 CO2 농도의 정확한 산출이 이루어질 수 있다.
상기 저장부(156)는 임시 메모리로서, 기본적으로 타이머 회로와 함께 상기 보정부(155)를 통해 보정된 농도값을 시간의 흐름에 따라 저장하게 된다.
이후 상기 판단부(157)는 상기 저장부에 저장된 데이터를 분석하여 화재 여부를 판단하므로 화재 경보장치 또는 소화장치를 구동시키게 되며, 이를 위해 시간대별 이산화탄소의 농도 변화량을 분석하여 설정된 변화량에서 화재 상황임을 판단할 수 있는 프로그램이 구비된다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
100: 몸체 101: 방진부
110: 차광부 111: 차광판
112: 개구부 120: 광원부
130: 제1감지부 131: 제1필터
132: 제2필터 133: 제1수광센서
134: 제2수광센서 140: 제2감지부
141: 제3필터 142: 제3수광센서
150: 제어부 151: 증폭부
152: 변환부 153: 제1산출부
154: 제2산출부 155: 보정부
156: 저장부 157: 판단부
L: 렌즈
110: 차광부 111: 차광판
112: 개구부 120: 광원부
130: 제1감지부 131: 제1필터
132: 제2필터 133: 제1수광센서
134: 제2수광센서 140: 제2감지부
141: 제3필터 142: 제3수광센서
150: 제어부 151: 증폭부
152: 변환부 153: 제1산출부
154: 제2산출부 155: 보정부
156: 저장부 157: 판단부
L: 렌즈
Claims (5)
- 측면으로 다수 형성된 개구부(112)를 통해 내부로 유입된 가스성분을 분석하는 연기감지장치에 있어서,
1회 이상 절곡되고 흑색의 무반사 도료가 코팅된 차광판(111)이 외측을 따라 설정된 간격으로 떨어지며 일부분이 상호 중첩되는 형상으로 배열되며 개구부(112)를 형성함으로 외부로부터의 가스유입을 허용하되 빛의 유입은 차단하는 차광부;
상기 차광부의 외측을 둘러 일정 크기 이상의 먼지의 유입을 차단하는 그물망 구조의 방진부(101);
상기 차광부 내측에 위치하여 일 방향 직선상으로 적외선을 방출하는 광원부(120);
상기 광원부(120)에서 방출된 적외선을 직접 수광하되, 4.22 ~ 4.30㎛ 파장의 적외선을 통과시키는 제1필터(131) 및 3.86 ~ 3.94㎛ 파장의 적외선을 통과시키는 제2필터(132)와, 상기 제1필터(131) 및 제2필터(132)를 통과한 적외선을 각각 감지하는 제1수광센서(133) 및 제2수광센서(134)와, 상기 광원부(120)에서 방출된 적외선이 상기 제1수광센서(133) 및 제2수광센서(134)로 집중될 수 있도록 상기 제1필터(131) 및 제2필터(132) 전면에 각각 설치되는 광학렌즈(L)를 구비하는 제1감지부(130);
상기 광원부(120)에서 방출되는 적외선의 직접 수광이 아닌 유입된 가스 중의 수증기 또는 미세먼지로 인한 산란광을 감지하되, 상기 제2필터(132)와 동일한 적외선 파장을 통과시키는 제3필터(141)와, 상기 제3필터(141)를 통과한 적외선을 감지하는 제3수광센서(142)와, 분산된 적외선이 상기 제3수광센서(142)로 집중될 수 있도록 상기 제3필터(141) 전면으로 설치되는 광학렌즈(L)를 구비하는 제2감지부(140);
상기 제1수광센서(133)에서 감지된 신호를 통해 1차 농도값을 산출하는 제1산출부(153)와, 상기 제2수광센서(134) 및 제3수광센서(142)에서 감지된 신호를 비교하여 보정값을 산출하는 제2산출부(154)와, 상기 보정값을 통해 상기 1차 농도값을 보정하는 보정부(155)와, 보정된 농도값을 시간의 흐름에 따라 저장하는 저장부(156)와, 상기 저장부(156)의 시간대별 이산화탄소의 농도 변화량을 분석하여 화재 상황을 판단하는 판단부(157)를 구비하는 제어부(150); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선광 산란보정 비분산형 연기감지장치. - 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020160071152A KR101753873B1 (ko) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | 적외선광 산란보정 비분산형 연기감지장치 |
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|---|---|---|---|
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| KR101753873B1 true KR101753873B1 (ko) | 2017-07-04 |
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| KR1020160071152A KR101753873B1 (ko) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | 적외선광 산란보정 비분산형 연기감지장치 |
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| KR (1) | KR101753873B1 (ko) |
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- 2016-06-08 KR KR1020160071152A patent/KR101753873B1/ko active IP Right Grant
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