KR101850284B1 - 불꽃 감지 시스템 및 그 감지 방법 - Google Patents

불꽃 감지 시스템 및 그 감지 방법 Download PDF

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Abstract

불꽃 감지 시스템은, 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부; 상기 펄스 생성부로부터 생성된 펄스를 이용하여, 불꽃이 감지된 경우 펄스 신호를 출력하는 불꽃 감지부; 상기 불꽃 감지부로부터 출력된 펄스를 카운팅하여, 불꽃의 세기를 판단하는 세기 판단부; 및 상기 세기 판단부로부터 출력되는 불꽃의 세기에 따른 다수의 출력 중, 하나의 출력을 선택하는 선택부;를 포함한다.
불꽃 감지 시스템 및 그 감지 방법에 따르면, 저전력으로도 동작 가능할 뿐만 아니라, 화원의 크기 및 화원으로부터의 거리를 고려하여 민감도를 설정할 수 있다.

Description

불꽃 감지 시스템 및 그 감지 방법{FLAME SENSING SYSTEM AND SENSING METHOD THEREFOR}
본 발명은 불꽃 감지 시스템 및 그 감지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저전력으로도 동작 가능할 뿐만 아니라, 화원의 크기 및 화원으로부터의 거리를 고려할 수 있는 불꽃 감지 시스템 및 그 감지 방법에 관한 것이다.
유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 환경에서 실시간으로 화재를 감지할 필요가 있다.
국내등록특허 제10-1573236호(화재 검출 시스템, 2015년 11월 25일 등록)에는, 화재 감지 대상물과 화재 감지 센서부의 이격 거리에 따라 스위칭부에서 단자접속에 의해 복수개의 검출부 중 어느 하나가 선택될 수 있는, 화재 검출 시스템이 개시되어 있다.
일반적으로 불꽃 감지 시스템이 배터리에 의해 작동될 경우, 화재 감지 시스템이 일정 기간 이상 배터리의 교환 없이 동작할 필요가 있다.
따라서, 국내등록특허 제10-1573236호를 발전시켜, 회로가 단순화되고 저전력에서도 동작 가능한 불꽃 감지 시스템이 요구된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 저전력으로도 동작 가능할 뿐만 아니라, 화원의 크기 및 화원으로부터의 거리를 고려할 수 있는 불꽃 감지 시스템 및 그 감지 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 불꽃 감지 시스템은, 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부; 상기 펄스 생성부로부터 생성된 펄스를 이용하여, 불꽃이 감지된 경우 펄스 신호를 출력하는 불꽃 감지부; 상기 불꽃 감지부로부터 출력된 펄스를 카운팅하여, 불꽃의 세기를 판단하는 세기 판단부; 및 상기 세기 판단부로부터 출력되는 불꽃의 세기에 따른 다수의 출력 중, 하나의 출력을 선택하는 선택부;를 포함한다.
구체적으로 상기 펄스 생성부는, 불꽃의 감지를 위한 주기를 설정하여, 한 주기 동안 하이 구간과 로우 구간을 갖는 구형파를 연속적으로 출력하는 주기 설정기; 상기 주기 설정기에 의해 설정된 하이 또는 로우 구간 중 하나의 구간을 다수의 펄스로 분할하여 출력하는 분할기; 및 상기 분할기의 출력을 이용하여, 상기 분할기에 의해 출력된 펄스의 폭보다 폭이 좁은 펄스를 출력하는 펄스폭 조절기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 불꽃 감지부는, 상기 펄스 생성부에 의해 생성된 펄스를 승압하는 승압기; 및 상기 승압기로부터 출력되는 전압을 구동 전원으로 이용하여, 불꽃을 감지하는 불꽃 센서;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 불꽃 감지 방법은, 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성 단계; 상기 펄스 생성 단계로부터 생성된 펄스를 이용하여, 불꽃이 감지된 경우 펄스 신호를 출력하는 불꽃 감지 단계; 상기 불꽃 감지 단계로부터 출력된 펄스를 카운팅하여, 불꽃의 세기를 판단하는 세기 판단 단계; 및 상기 세기 판단 단계로부터 출력되는 불꽃의 세기에 따른 다수의 출력 중, 하나의 출력을 선택하는 선택 단계;를 포함한다.
구체적으로, 상기 펄스 생성 단계는, 불꽃의 감지를 위한 주기를 설정하여, 한 주기 동안 하이 구간과 로우 구간을 갖는 구형파를 연속적으로 출력하는 주기 설정 단계; 상기 주기 설정 단계에 의해 설정된 하이 또는 로우 구간 중 하나의 구간을 다수의 펄스로 분할하여 출력하는 분할 단계; 및 상기 분할 단계의 출력을 이용하여, 상기 분할 단계에서 출력된 펄스의 폭보다 폭이 좁은 펄스를 출력하는 펄스폭 조절 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 불꽃 감지 단계는, 상기 펄스 생성 단계에 의해 생성된 펄스를 승압하는 승압 단계; 및 상기 승압 단계로부터 출력되는 전압을 불꽃 센서의 구동 전원으로 이용하여, 상기 불꽃 센서가 불꽃을 감지하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 불꽃 감지 시스템 및 그 감지 방법에 따르면, 저전력으로도 동작 가능할 뿐만 아니라, 화원의 크기 및 화원으로부터의 거리를 고려하여 민감도를 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 불꽃 감지 시스템의 구성도.
도 2는 펄스 생성부의 각 부분의 출력 파형.
도 3은 2-입력 낸드 슈미트 트리거의 동작 설명도.
도 4는 펄스폭 조절기의 동작 설명도.
도 5는 다양한 조건에서의 불꽃 감지부의 출력 파형.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 불꽃 감지 시스템 및 그 감지 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 하기의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
먼저, 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 불꽃 감지 시스템(100)의 구성도를 나타낸다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 불꽃 감지 시스템(100)은, 펄스 생성부(10), 불꽃 감지부(20), 세기 판단부(30) 및 선택부(40)를 포함한다.
펄스 생성부(10)는 펄스 신호를 생성하는 역할을 한다. 펄스 생성부(10)는, 주기 설정기(11), 분할기(12) 및 펄스폭 조절기(13)를 포함한다.
도 2는 펄스 생성부(10)의 각 부분의 출력 파형을 나타낸다.
주기 설정기(11)는, 불꽃의 감지를 위한 주기를 설정하여, 한 주기 동안 하이(High) 구간과 로우(Low) 구간을 갖는 구형파의 펄스를 연속적으로 출력하는 역할을 한다. 아울러, 분할기(12)는, 주기 설정기(11)에 의해 설정된 하이 또는 로우 구간 중 하나의 구간을 다수의 펄스로 분할하여 출력하는 역할을 한다.
주기 설정기(11)와 분할기(12)는, 2-입력 낸드 슈미트 트리거(2-input NAND Schmitt trigger)를 이용한다. 2-입력 낸드 슈미트 트리거는, 낸드 게이트와 커패시터의 충방전 특성을 이용하여 펄스의 폭을 설정할 수 있다.
도 3은 2-입력 낸드 슈미트 트리거의 동작 설명도이다.
도 3에서 구간의 폭 및 주기는 다음의 수학식에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112016072970196-pat00001
Figure 112016072970196-pat00002
Figure 112016072970196-pat00003
Figure 112016072970196-pat00004
주기 설정기(11)에서 출력된 구형파의 펄스 신호를 이용하여, 세기 판단부(30)의 리셋에도 이용할 수도 있다.
펄스폭 조절기(13)는, 분할기(12)의 출력을 이용하여, 분할기(12)에 의해 출력된 펄스의 폭보다 폭이 좁은 펄스를 출력하는 역할을 한다.
도 4는 펄스폭 조절기(13)의 동작 설명도이다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 분할기(12)의 출력의 폴링 에지(Falling Edge)를 이용하여, 좁은 펄스 폭의 펄스를 출력할 수 있다.
구체적으로 도 4에서 구간의 폭은 다음의 수학식에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112016072970196-pat00005
펄스폭 조절기(13)에서 폭이 좁은 펄스를 만들어 내는 이유는, 펄스폭 조절기(13)의 출력을, 뒷단의 트랜스포머를 이용한 승압기(13)에서 승압시에, 펄스폭이 넓을 경우에 승압되는 전체 전력이 커지게 되므로, 전력 소비를 줄이기 위해서이다.
불꽃 감지부(20)는, 펄스 생성부(10)로부터 생성된 펄스를 이용하여, 불꽃이 감지된 경우 펄스 신호를 출력하는 역할을 한다.
불꽃 감지부(20)는, 승압기(13), 불꽃 센서(22) 및 인버터(23)를 포함한다.
승압기(13)는, 트랜스포머를 이용하여 펄스 생성부(10)에 의해 생성된 펄스를 승압하는 역할을 한다. 불꽃 센서(22)는, 승압기(13)로부터 출력되는 전압을 구동 전원으로 이용하여, 불꽃을 감지하는 역할을 한다. 인버터(23)는, 불꽃 센서(22)의 출력을 반전하여 출력한다.
도 5는 다양한 조건에서의 불꽃 감지부(20)의 출력 파형을 나타낸다.
구체적으로, 도 5의 (a)는 불꽃 감지부(20)에서 불꽃 미 감지시의 출력 파형을 나타내고, 도 5의 (b) 내지 (d)는 불꽃 감지부(20)에서 불꽃 감지시의 출력 파형을 나타낸다.
세기 판단부(30)는, 불꽃 감지부(20)로부터 출력된 펄스를 카운팅하여, 불꽃의 세기를 판단하게 된다. 즉, 세기 판단부(30)는, 카운터를 이용하는 것에 의해 구현될 수 있다. 주기 설정기(11)의 리셋 신호를 세기 판단부(30)의 카운터의 리셋 신호로 이용하는 까닭에, 세기 판단부(30)는 주기 설정기(11)에서 설정된 한 주기 동안의 펄스를 카운팅하게 된다.
도 5의 (b)의 경우, 불꽃 감지부(20)로부터 출력된 펄스는 세기 판단부(30)에 의해 1개로 카운팅되어, 1개의 카운팅 수에 해당하는 Q1의 출력이 활성화되게 된다. 마찬가지로, 도 5의 (c) 및 (d)의 경우, 불꽃 감지부(20)로부터 출력된 펄스는 세기 판단부(30)에 의해 3개 및 4개로 카운팅되어, 세기 판단부(30)의 출력 중 Q3 및 Q4의 출력이 각각 활성화되게 된다.
선택부(40)는, 세기 판단부(30)로부터 출력되는 불꽃의 세기에 따른 다수의 출력 중, 하나의 출력을 선택하는 역할을 한다. 선택부(40)는 멀티플렉서를 이용할 수 있으면, 선택부(40)의 선택에 따라 본 발명의 불꽃 감지 시스템(100)의 감도가 결정되게 된다.
세기 판단부(30)의 Q1 내지 Q4 출력과 본 발명의 불꽃 감지 시스템(100)의 민감도를 실험한 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
2m 3m 4m 5m
Q1 ○ ○ ○ ○
Q2 ○ ○ ○ ×
Q3 ○ ○ × ×
Q4 ○ × × ×
[표 1]의 실험은, 불꽃의 크기는 약 3cm, 불꽃과 불꽃 센서(22)와의 거리는 2m에서 시작하여 1m씩 이동하며, 실시되었다. 불꽃이 점화되고 30초 동안 연속해서 3개의 파형이 한번 이상 출력되는 경우에 '○'를 표시하였고, 간헐적이거나 출력되지 않는 경우는 '×'를 표시하였다.
[표 1]의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 불꽃 감지 시스템(100)에 따르면, 불꽃 감지 시스템(100)의 민감도를 필요에 따라 조절하여 사용할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 불꽃 감지 방법은, 상술한 본 발명의 불꽃 감지 시스템(100)을 이용하므로, 별도의 설명이 없더라도 불꽃 감지 시스템(100)의 모든 특징을 포함하고 있음은 물론이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 불꽃 감지 방법은, 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성 단계(S10), 펄스 생성 단계(S10)로부터 생성된 펄스를 이용하여, 불꽃이 감지된 경우 펄스 신호를 출력하는 불꽃 감지 단계(S20), 불꽃 감지 단계(S20)로부터 출력된 펄스를 카운팅하여, 불꽃의 세기를 판단하는 세기 판단 단계(S30) 및 세기 판단 단계(S30)로부터 출력되는 불꽃의 세기에 따른 다수의 출력 중, 하나의 출력을 선택하는 선택 단계(S40)를 포함한다.
펄스 생성 단계(S10)는, 불꽃의 감지를 위한 주기를 설정하여, 한 주기 동안 하이 구간과 로우 구간을 갖는 구형파를 연속적으로 출력하는 주기 설정 단계(S11), 주기 설정 단계에 의해 설정된 하이 또는 로우 구간 중 하나의 구간을 다수의 펄스로 분할하여 출력하는 분할 단계(S12) 및 분할 단계(S12)의 출력을 이용하여, 분할 단계(S12)에서 출력된 펄스의 폭보다 폭이 좁은 펄스를 출력하는 펄스폭 조절 단계(S13)를 포함한다.
아울러, 불꽃 감지 단계(S20)는 펄스 생성 단계(S10)에 의해 생성된 펄스를 승압하는 승압 단계(S21) 및 승압 단계(S21)로부터 출력되는 전압을 불꽃 센서(22)의 구동 전원으로 이용하여, 불꽃 센서(22)가 불꽃을 감지하는 단계(S22)를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 불꽃 감지 시스템(100) 및 그 감지 방법에 따르면, 저전력으로도 동작 가능할 뿐만 아니라, 화원의 크기 및 화원으로부터의 거리를 고려하여 민감도를 설정할 수 있음을 알 수 있다.
100 : 불꽃 감지 시스템
10 : 펄스 생성부 20 : 불꽃 감지부
30 : 세기 판단부 40 : 선택부
11 : 주기 설정기 12 : 분할기
13 : 펄스폭 조절기 21 : 승압기
22 : 불꽃 센서 23 : 인버터

Claims (8)

  1. 불꽃 감지 시스템에 있어서,
    펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부;
    상기 펄스 생성부로부터 생성된 펄스를 이용하여, 불꽃이 감지된 경우 펄스 신호를 출력하는 불꽃 감지부;
    상기 불꽃 감지부로부터 출력된 펄스를 카운팅하여, 불꽃의 세기를 판단하는 세기 판단부; 및
    상기 세기 판단부로부터 출력되는 불꽃의 세기에 따른 다수의 출력 중, 하나의 출력을 선택하여, 상기 불꽃 감지 시스템의 감도를 결정하는 선택부;를 포함하되,
    상기 펄스 생성부는,
    불꽃의 감지를 위한 주기를 설정하여, 한 주기 동안 하이 구간과 로우 구간을 갖는 구형파를 연속적으로 출력하는 주기 설정기;
    상기 주기 설정기에 의해 설정된 하이 또는 로우 구간 중 하나의 구간을 다수의 펄스로 분할하여 출력하는 분할기; 및
    상기 분할기의 출력을 이용하여, 상기 분할기에 의해 출력된 펄스의 폭보다 폭이 좁은 펄스를 출력하는 펄스폭 조절기;를 포함하고,
    상기 불꽃 감지부는,
    상기 펄스 생성부에 의해 생성된 펄스를 승압하는 승압기; 및
    상기 승압기로부터 출력되는 전압을 구동 전원으로 이용하여, 불꽃을 감지하는 불꽃 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불꽃 감지 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 불꽃 감지 방법에 있어서,
    펄스 신호를 생성하는 펄스 생성 단계;
    상기 펄스 생성 단계로부터 생성된 펄스를 이용하여, 불꽃이 감지된 경우 펄스 신호를 출력하는 불꽃 감지 단계;
    상기 불꽃 감지 단계로부터 출력된 펄스를 카운팅하여, 불꽃의 세기를 판단하는 세기 판단 단계; 및
    상기 세기 판단 단계로부터 출력되는 불꽃의 세기에 따른 다수의 출력 중, 하나의 출력을 선택하여, 상기 불꽃 감지 방법의 감도를 결정하는 선택 단계;를 포함하되,
    상기 펄스 생성 단계는,
    불꽃의 감지를 위한 주기를 설정하여, 한 주기 동안 하이 구간과 로우 구간을 갖는 구형파를 연속적으로 출력하는 주기 설정 단계;
    상기 주기 설정 단계에 의해 설정된 하이 또는 로우 구간 중 하나의 구간을 다수의 펄스로 분할하여 출력하는 분할 단계; 및
    상기 분할 단계의 출력을 이용하여, 상기 분할 단계에서 출력된 펄스의 폭보다 폭이 좁은 펄스를 출력하는 펄스폭 조절 단계;를 포함하고,
    상기 불꽃 감지 단계는,
    상기 펄스 생성 단계에 의해 생성된 펄스를 승압하는 승압 단계; 및
    상기 승압 단계로부터 출력되는 전압을 불꽃 센서의 구동 전원으로 이용하여, 상기 불꽃 센서가 불꽃을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불꽃 감지 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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