KR102680798B1 - 자가진단 기능이 있는 ndir 메탄가스 탐지부를 구비한주거용 주방 자동 소화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조작부, 수신부, LED, 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치에 관한 것으로, 상기 탐지부는 디지털 신호 프로세서 기반 회로에 연결되며,
상기 탐지부에 전력을 주기적으로 인가하는 상기 수신부는 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 동작을 제어하며, 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 디지털 신호 프로세서는 EEPROM에 저장된 명령에 따라 광전소자의 출력전압을 주기적으로 샘플링하여 경보조건내에 있는지 또는 사전 할당된 작동 허용오차내에 있는지 여부를 결정하며,
동시에, 상기 수신부는 클록 진동기를 활성화하여 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 전체 동작을 위한 타이밍 표준을 제공하되 상기 활성화에 응답하여 작동되는 자가진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치.
상기 탐지부에 전력을 주기적으로 인가하는 상기 수신부는 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 동작을 제어하며, 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 디지털 신호 프로세서는 EEPROM에 저장된 명령에 따라 광전소자의 출력전압을 주기적으로 샘플링하여 경보조건내에 있는지 또는 사전 할당된 작동 허용오차내에 있는지 여부를 결정하며,
동시에, 상기 수신부는 클록 진동기를 활성화하여 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 전체 동작을 위한 타이밍 표준을 제공하되 상기 활성화에 응답하여 작동되는 자가진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치.
Description
본 발명은 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치에 관한 것이다.
일반적으로 주방 자동 소화장치는 주방 화재 발생시 구성 요소인 소화기에서 소화약제를 방사하여 불을 소화하기 위한 자동 소화장치로, LNG 가스나 LPG 가스를 연료로 쓰는 가스 레인지와 같은 열 발생 조리장치의 사용으로 LNG 가스 나 LPG 가스의 누출로 인한 화재를 미연에 방지하기 위하여 아파트 및 조리장치가 달린 주방이 있는 오피스텔은 소방시설법 시행령에 의거하여 주거용 주방 자동 소화장치를 설치해야 한다.
주거용 주방 자동 소화장치란 가정용 열 발생 조리장치의 사용으로 인해 발생하는 LNG 가스나 LPG 가스 등의 가연성 가스 누출 및 화재를 자동으로 감지하여 경보를 발하고 열원을 차단하면서 화재를 진압하는 장치이다.
주거용 주방 자동 소화장치의 구성요소를 보면 수신부, 조작부, 방출구, 감지부, 탐지부, 소화기, 차단장치 등으로 구성된다.
감지부는 화재시 발생하는 열 또는 불꽃을 감지하는 부분으로 온도센서로 열 발생 조리장치의 주위 온도를 체크하여 온도변화에 따른 전기적 변화 데이터는 수신부의 중앙처리장치에 각각 입력되어 1차 온도센서의 데이터에 의해 예비화재, 화재를 감지하며, 2차 온도센서의 데이터에 의해 화재감지와 작동장치의 구동을 제어한다.
탐지부는 가스누설을 탐지하여 수신부로 가스누설신호를 발신하는 부분으로 가스가 누설이 되어 설정 경보 농도 이상이 되면 수신부로 가스누설신호를 보내며 경보음과 누설등을 점등한다.
수신부는 감지부 또는 탐지부로부터 발하는 신호를 수신하여 경보를 발하고 차단장치 또는 작동장치의 제어신호를 발신하는 부분으로 감지부 또는 탐지부로부터 데이터를 입력받아 중앙처리장치에 의해 작동장치, 차단장치를 제어하며, 부저(buzzer) 구동 및 현재 상태를 디스플레이로 보여주며, 소화기의 입력상태 및 선로의 단선이나 쇼트 상태를 체크하여 관련된 해당부위릍 표시한다.
소화기의 작동장치는 수신부 또는 감지부에서 발하는 신호를 받아 밸브 등을 개방시켜 소화기의 용기 등으로부터 소화약제를 방출시키는 장치로 화재발생시 작동장치의 구동으로 소화약제의 방출구가 자동으로 개방되어 소화약제를 방사하여 화재를 초기에 소화한다.
차단장치는 수신부에서 발하는 신호를 받아 가스 또는 전기의 공급을 차단시키는 장치로 수신부의 제어신호에 의해 가스밸브를 자동으로 개폐한다.
조작부는 감지부 또는 탐지부로부터 데이터를 입력받아 현재 상태를 디스플레이로 보여주며, 타이머, 가스누설차단 등을 조작한다.
화재가 발생하면 감지부는 고열을 감지하여 수신부에 의해 가스밸브나 전기차단기를 자동으로 닫아 화재가 확산되는 것을 막고, 소화약제를 주방의 사용하는 화기에 방출하여 화재를 진압하도록 구성되며, 감지부는 주방의 화기 온도를 감지하여 수신부로 보내는 장치이다. 수신부는 감지부가 측정한 온도와 기설정된 온도를 비교하여 감지한 온도가 온도범위 설정값을 초과하면 화재가 발생한 것으로 판단하는 장치로, 화재 발생으로 판단되면, 수신부에 의해 표시장치에 신호를 전송해 램프 점멸, 경고음 발생 등으로 화재 발생을 통보하고, 가스밸브를 오프(off)하여 가스를 차단하고, 소화기를 제어하여 소화약제를 방사하여 화재를 소화한다.
예를 들면, 국내 공개특허 제10-2013-0059248호(공개일자 2013년 06월 5일)에는 효율적으로 화재를 소화하는 자동 소화 시스템이 개시되어 있는데, 이 자동 소화 시스템은 화재 감지용 센서들로부터의 감지신호를 이용하여 소화기를 제어하고, 화재 감지용 센서들과 소화기와의 상태를 모니터링 및 디스플레이를 보여주는 자동 소화 시스템을 제공할 수 있도록 고안된 소화 시스템이다. 이 자동 소화 시스템에서는 특정 공간의 온도를 감지하는 온도 감지장치, 특정 공간의 가스 농도를 감지하는 가스 감지장치, 가스 공급관의 가스 공급을 개폐하는 가스 차단기, 방출구를 통해 소화 약제를 분출하는 소화기, 온도 감지장치 및 가스 감지장치로부터의 감지신호를 근거로 화재발생 및 가스 누설 여부를 판단하고, 온도 감지장치 및 가스 감지장치로부터의 감지신호를 근거로 가스 차단기 및 소화기를 제어하여 화재 소화를 제어하는 제어장치로 구성되어 있다.
또한 대한민국 공개특허 제10-2013-0098790호(공개일자 2013년 09월 05일)에는 효율적으로 가스 누설을 감지하고 화재를 소화하는 자동식 소화장치의 후드 제어시스템이 개시되어 있다. 이 자동식 소화장치의 후드 제어시스템은 가스 누설 감지장치로부터 가스누설 감지신호를 수신하면 램프 점멸 및 경보음 발생을 통해 가스 누설을 경고하고, 환기장치를 제어하여 후드의 작동을 차단할 수 있도록 고안된 제어 시스템이다. 이 자동식 소화장치의 후드 제어시스템에서는 가스 공급관으로부터 공급되는 가스의 누설을 감지하는 가스 누설 감지장치, 가스 공급관의 가스공급을 개폐하는 가스 차단기, 후드를 통해 실내의 공기를 실외로 배출시키는 환기장치, 및 가스 누설 감지장치로부터의 감지신호를 근거로 가스 누설 여부를 판단하여 가스 누설 상태로 판단되는 경우, 가스 차단기를 제어하여 가스 공급을 차단하고, 환기장치를 제어하여 후드의 작동을 차단하는 제어장치로 구성되어 있다.
또한 대한민국 공개특허 제10-1998-0066869호(공개일자 1998년 10월 15일)에는 화재의 위험성이 높은 가스 레인지용 자동식 소화장치로 가스 누출 및 화재 발생시 이를 감지하여 경보를 울리 수 있을 뿐만 아니라 가스 차단 및 화재 진압을 수행할 수 있는 자동식 소화장치가 개시되어 있다. 이 자동식 소화장치에서는, 소화약제가 충진되어 있고, 상부면에 압력 감지기, 압력 게이지, 제어 박스 및 연결부를 갖고 있는 소화기 본체, 연결부와 기계적으로 체결되는 방출도관을 구비하고, 그 방출 도관과 체결된 노즐 및 제 1온도 감지기와 제 2온도 감지기가 장착되어 레인지 후드에 설치되는 압출바, 가스 레인지 주변에 설치되는 가스 누설 경보기, 가스 공급 배관에 설치되는 가스 차단기, 압력 감지기, 제 1온도 감지기, 가스 차단기 및 가스 누설 경보기와 전기적으로 연결되는 제어부로 구성되어 있다.
그런데, 상술한 자동식 소화장치에서 탐지부인 가스 감지장치의 가스 센서는 접촉연소식 가스센서 방식을 주로 사용하고 있다. 이 접촉연소식 가스센서 방식을 보면, 가연성 가스가 미소전류가 통하고 있는 백금코일 등의 촉매에 의해서 연소하여 온도가 상승하는 경우, 이 온도 상승을 백금선의 전기 저항의 증가로 전류에 변화가 발생하고, 이때 흐르는 전압의 변화를 측정하여 반응 가스의 농도를 측정하는 방식이다.
그러나 탐지부로 접촉연소식 가스센서를 장기간에 걸쳐 특히 습도가 높은 주방 환경에서 사용하면, 메탄(CH4) 또는 일산화탄소(CO) 등의 탐지 대상 가스에 대한 감도가 저하하거나 변동하여 신뢰성이 높은 가스 센서를 실현하는데 적합하지 않아 습도가 높은 주거용 주방 자동 소화장치에는 문제점이 많이 노출되고 있으며, 또한 종래의 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치에서는 실질적인 고장 자가진단 기능, 특히 메탄가스 탐지부의 손상 정도, 전원 작동상태 정상여부에 대한 자가진단 기능이 없어 폴트(fault)로 인한 출력회로의 단선, 단락, 통신신호의 고장여부를 제공하지 못하는 등의 기술적인 문제가 있습니다. 이에 따라 습도가 높은 주방에서도 신뢰성이 높은 새로운 방식의 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치 개발이 시급히 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 습도가 높은 주방에서도 신뢰성이 높은 새로운 방식의 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 습도가 높은 주방 환경에서도 메탄가스 탐지부의 손상 정도, 전원 작동상태 정상여부에 대한 자가진단 기능을 제공하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 습도가 높은 주방 환경에서도 메탄가스 탐지부의 손상 정도, 전원 작동상태 정상여부에 대한 자가진단 기능을 제공하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 접촉연소식 가스센서 탐지부와 바로 대체할 수 있는 자가진단 기능을 제공하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 조작부, 수신부, LED, 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치에 관한 것으로, 상기 탐지부는 디지털 신호 프로세서 기반 회로에 연결되며,
상기 탐지부에 전력을 주기적으로 인가하는 상기 수신부는 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 동작을 제어하며, 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 디지털 신호 프로세서는 EEPROM에 저장된 명령에 따라 광전소자의 출력전압을 주기적으로 샘플링하여 경보조건내에 있는지 또는 사전 할당된 작동 허용오차내에 있는지 여부를 결정하며, 동시에, 상기 수신부는 클록 진동기를 활성화하여 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 전체 동작을 위한 타이밍 표준을 제공하되 상기 활성화에 응답하여 작동되는 자가진단을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 경보조건내에 있는 걸로 결정시 상기 디지털 신호 프로세서는 경보 상태를 나타내기 위해 상기 수신부를 거쳐 상기 조작부는 상기 LED에 지속적인 온(on) 상태로 두는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 출력전압은 센서 증폭기를 거쳐 프로그램 가능 적분기로 전달되며, 적분시간 간격이 완료되면 상기 프로그램 가능 적분기의 적분기 카운터는 0에서 카운팅을 중지하며 적분형 A/D 변환기는 상기 프로그램 가능 적분기가 획득한 상기 출력전압을 디지털 값으로 변환하며, 상기 적분형 A/D 변환기의 비교기 증폭기는 상기 프로그렘 가능 적분기의 듀얼 스위치드 커패시터 적분기의 출력 커패시터 양단의 적분기 전압 및 상기 적분형 A/D 변환기의 기준 전압을 수신하며, 상기 적분기 전압을 표시하는 8 비트 시리얼 디지털 워드를 상기 디지털 신호 프로세서에 제공하여 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치의 동작 모드에 따라 처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 적분형 A/D 변환기에 의해 제시된 상기 적분기 전압의 처리는 상기 EEPROM에 저장된 명령으로 구현된 알고리즘에 따라 상기 디지털 신호 프로세서에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 동작 모드에는 교정, 서비스중 자가진단 및 자체 테스트가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 프로그램 가능 적분기는 상기 프로그램 가능 적분기는 듀얼 스위치드 커패시터 적분기, 적분기 카운터, 입력 시프트 레지스터 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 적분형 A/D 변환기는 비교기 증폭기, 기준 전압, 비교기 버퍼 증폭기, 전환 카운터, 출력 시프트 레지스터 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 습도가 높은 환경에서도 신뢰성이 높은 새로운 방식의 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부릍 구비한 주거용 주방 자동 소화장치로 보증 사용기간을 넘어 장기간 사용할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 습도가 높은 주방 환경에서도 메탄가스 탐지부 센서의 스펙-인 또는 스펙-아웃 등의 작동 여부, 손상 정도에 대한 자가진단 기능을 제공하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화 장치로 주방을 가연성 높은 메탄가스의 위험으로부터 안전하게 이용할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 자가진단 기능을 제공하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부는 종래의 주거용 주방 자동 소화장치에서 사용하는 접촉연소식 가스센서 탐지부와 단품으로 바로 대체할 수 있어서 금전적으로 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본발명의 실시 예에 따른 주거용 주방 자동 소화장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 수신부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부의 블록 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부 시스템의 보정동안 수행되는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부의 자가진단 및 보정 기능을 구현하는 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 일반적인 블록도이다.
도 6은 도 5의 적분형 A/D 변환기의 구성요소를 상세하게 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치에 의해 수행하는 자가진단 처리 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부의 예시도이다.
도 2는 도 1의 수신부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부의 블록 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부 시스템의 보정동안 수행되는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부의 자가진단 및 보정 기능을 구현하는 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 일반적인 블록도이다.
도 6은 도 5의 적분형 A/D 변환기의 구성요소를 상세하게 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치에 의해 수행하는 자가진단 처리 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부의 예시도이다.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본발명의 실시 예에 따른 주거용 주방 자동 소화장치의 구성도이다.
주거용 주방 자동 소화장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 감지부(120), NDIR 메탄가스 탐지부(140), 가스밸브 차단기(220), 소화기(240), 조작부(300), 수신부(400), 표시장치(600) 등을 포함하여 구성된다.
감지부(120)는 화재에 의해 발생하는 열기(즉, 고온)를 감지한다. 즉, 감지부(120)는 싱크대의 후드 등과 같이 화재 발생 가능성이 큰 위치에 설치되어 화재시 발생하는 열기를 감지한다. 이때, 감지부(120)는 기설정된 온도 범위 설정값에 따라 다단계의 화재 감지신호를 발생한다. 예를 들면, 감지부(120)는 제1온도 범위 설정값인 100℃ 이상의 온도가 감지되는 경우 예비 화재 신호인 1차 신호를 발생하고, 제2온도 범위 설정값인 140℃ 이상의 온도가 감지되는 경우 화재 발생 신호인 2차 신호를 발생한다. 탐지부(140)는 특정 공간에서의 메탄가스를 검측한다. 즉, NDIR 메탄가스 탐지부를 사용하는 탐지부(140)는 부엌 천장, 보일러실 등과 같이 LNG 가스나 LPG 가스를 사용하는 장치가 설치된 공간에 설치되어, 해당 장치에서 누설되는 가스를 검측한다. 예를 들면, 가스 센서인 NDIR 메탄가스 탐지부(140)는 가스 공급관 및 가스 레인지가 설치된 주방 공간내 LNG 가스나 LPG 가스의 누설을 감지하고, NDIR 메탄가스 탐지부로 사용하는 가스 센서(140)가 검측한 메탄가스 농도가 가스 누설 설정값인 대략 0.06% 내지 1.25% 정도이면 가스누설신호를 발생한다.
가스밸브 차단기(220)는 수신부(400)의 제어신호에 따라 가스밸브를 자동으로 개폐한다. 즉, 가스밸브 차단기(220)는 수신부(400)의 제어신호에 따라 화재 발생시 가스밸브를 폐쇄한다. 이때, 가스밸브 차단기(220)는 가스를 차단하는 장치에 일반적으로 사용되는 리밋 스위치를 갖춘 기어드 모터(geared motor limit switch drive)를 구동하여 가스밸브를 자동으로 개폐한다.
가스밸브 차단기(220)는 수신부(400)의 제어신호에 따라 설정시간 동안 가스밸브의 개방 상태를 유지한 후에 자동으로 폐쇄한다. 즉, 일반 가정의 주방에서 조리를 위해 가스레인지를 사용하여 LNG 가스나 LPG 가스를 점화 연소 후 사용자의 부주의로 인해 가스레인지를 끄지 않고 발화상태가 일정시간 이상 유지되면 조리물이 타거나 화재로 발생할 가능성이 있기 때문에, 가스밸브 차단기(220)는 수신부(400)의 제어신호에 따라 설정시간 동안 가스밸브의 개방 상태를 유지한 후에 자동으로 폐쇄한다.
소화기(240)는 화재 발생시 수신부(400)의 제어신호에 따라 내장된 소화약제를 방출하여 화재를 소화한다. 즉, 소화기(240)는 수신부(400)에서 화재 감지에 따른 제어신호가 발생하면 방출구(260)를 통해 내장된 소화약제를 화재 발생 위치로 방출하여 화재를 소화한다. 예를 들면, 소화기(240)에는 대략 0.8 L(리터) 정도의 강화액(loaded stream charge)을 소화약제로 내장하고, 제어신호 발생시 방출구(260)를 통해 소화약제를 방출하여 대략 0.04㎡ 정도의 면적에 방출하여 화재를 소화한다.
조작부(300)는 사용자의 조작입력에 따라 감지부(120), NDIR 메탄가스 탐지부(140) 가스밸브 차단기(220), 소화기(240)를 조작한다. 즉, 조작부(300)는 사용자의 키 조작에 따라 입력되는 제어신호에 따라 감지부(120), NDIR 메탄가스 탐지부(140), 가스밸브 차단기(220), 소화기(240) 등의 소화 설비를 구동 또는 정지시킨다.
조작부(300)는 수신부(400)를 통해 감지부(120), NDIR 메탄가스 탐지부(140), 가스밸브 차단기(220), 소화기(240)의 상태정보를 수신하여 현재 상태를 디스플레이할 수도 있다. 즉, 조작부(300)는 수신부(400)로부터 감지부(120), NDIR 메탄가스 탐지부(140), 가스밸브 차단기(220), 소화기(240)의 상태정보를 수신하고, LED(발광 다이오드) 등의 점멸, 파랑색 LED(발광 다이오드) 및 흰색 LED(발광 다이오드) 등으로 색상 변화 등을 통해 각 소화 설비들의 현재 상태를 표시한다.
조작부(300)는 화재 발생, 가스누설 등에 따른 정보를 표시할 수도 있다. 즉, 조작부(300)는 수신부(400)로부터 수신한 화재 발생 신호 또는 가스누설 신호를 수신하면 LED(발광 다이오드) 등의 점멸, 경보음 발생 등을 통해 화재 발생 또는 가스 누설을 통보한다.
수신부(400)는 감지부(120)로부터의 감지신호를 근거로 화재 발생 여부를 판단한다. 이때, 수신부(400)는 감지부(120)로부터 1차 신호를 수신하면 예비 화재로 판단하고 2차 신호를 수신하면 화재 발생으로 판단한다. 수신부(400)는 기 판단한 화재 발생 여부에 따라 LED(발광 다이오드) 등의 점멸, 경보음 발생 등으로 화재 발생을 통보하고, 가스밸브 차단기(220) 및 소화기(240)를 제어하여 화재를 소화한다. 즉, 수신부(400)는 예비 화재로 판단하면 LED(발광 다이오드) 등의 점멸 또는 경보음 발생을 통해 화재 발생을 경고한다. 수신부(400)는 화재 발생으로 판단하면 가스밸브 차단기(220)를 제어하여 가스 공급을 차단하고, 소화기(240)를 구동하여 화재를 소화한다. 여기서, 수신부(400)는 예비 화재 또는 화재 발생에 대한 화재 발생 신호를 조작부(300) 또는 표시장치(600)로 전송할 수도 있다.
수신부(400)는 NDIR 메탄가스 탐지부(140)로부터의 신호를 근거로 메탄 가스 누설 여부를 판단한다. 이때, 수신부(400)는 NDIR 메탄가스 탐지부(140)로부터 메탄 가스 누설 신호를 수신하면 메탄 가스 누설로 판단한다. 수신부(400)는 메탄 가스 누설로 판단하면 LED(발광 다이오드) 등의 점멸 또는 경보음 발생을 통해 메탄 가스 누설을 경고한다. 동시에, 수신부(400)는 가스밸브 차단기(220)를 제어하여 LNG 가스나 LPG 가스 공급을 차단한다. 여기서, 수신부(400)는 메탄 가스 검측장치인 NDIR 메탄가스 탐지부(140)로부터 수신한 메탄 가스 누설 신호를 조작부(300 또는 표시장치(600)로 전송할 수도 있다.
수신부(400)는 소화 설비의 현재 상태를 표시한다. 즉, 수신부(400)는 감지부(120), NDIR 메탄가스 탐지부(140), 가스밸브 차단기(220), 소화기(240) 등의 소화 설비들과의 신호 송수신을 통해 현재 상태를 감지하여 램프, LED(발광 다이오드), 스피커 등을 통해 소화 설비들의 현재 상태를 표시한다. 이때, 수신부(400)는 기수집한 소화 설비들의 현재상태를 조작부(300) 및 표시장치(600)로 전송할 수도 있다.
수신부(400)는 설정시간 동안 가스밸브의 개방 상태가 유지되면 가스밸브를 폐쇄하기 위한 제어신호를 발생한다. 이때, 수신부(400)는 발생한 제어신호를 가스밸브 차단기(220)로 전송하여 가스밸브를 차단한다. 즉, 수신부(400)는 가스밸브가 개방되면 시간을 카운트하여 설정시간이 지나면 가스 차단을 위한 제어신호를 발생한다. 이때, 설정시간은 사용자로부터 설정시간을 입력받거나, 제작시에 미리 설정된 시간을 의미한다.
이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 수신부(400)는 감지부(120), NDIR 메탄가스 탐지부(140), 가스밸브 차단기(220), 소화기(240), 조작부(300), 표시장치(600) 등의 소화 설비들과 신호 및 데이터를 송수신하는 인터페이스(interface)부(420), 인터페이스부(420)를 통해 감지부(120) 및 NDIR 메탄가스 탐지부(140)로부터의 신호를 근거로 화재발생 및 메탄 가스 누설 여부를 판단하는 판단부(440), 판단부(440)에서의 화재 발생 및 메탄 가스 누설 여부 판단 결과에 따라 소화기(240) 및 가스밸브 차단기(220)의 구동을 제어하는 제어부(460)를 포함하여 구성된다. 이때, 수신부(400)는 전원 공급장치(500)로부터 외부 전원을 공급받아 동작한다.
표시장치(600)는 수신부(400)로부터 소화 설비들의 현재 상태 정보를 수신하여 표시한다. 즉, 표시장치(600)는 감지부(120), NDIR 메탄가스 탐지부(140), 가스밸브 차단기(220), 소화기(240) 등의 소화 설비들의 상태 정보를 수신부(400)로부터 수신하여 출력한다. 이때, 표시장치(600)는 LAN(랜, 근거리 통신망), RS-232(시리얼 통신 프로토콜), RS-485(시리얼 롱신 프로토콜), PLC(전력선 통신) 등의 통신장치(650)를 통해 수신부(400)와 연결된다. 표시장치(600)는 화재 발생, 메탄 가스누설 등에 따른 정보를 표시한다. 즉, 표시장치(600)는 수신부(400)로부터 수신한 화재 발생 신호 또는 메탄 가스누설 신호를 수신하면 화면 또는 스피커를 통해 화재 발생 또는 메탄 가스 누설을 통보한다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 측정할 대상 가스는 농도를 검측해야 하는 가스를 말하며, 가스(gas, 기체)는 NDIR 메탄가스 탐지부가 있는 환경의 가스를 말하며 본 발명은 측정할 메탄 가스의 농도를 출력할 수 있으며 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 자동 소화장치를 제공한다. 신호는 전압 값과 같은 디지털 신호 또는 아날로그 신호이다.
가스센서는 가스 탐지부의 핵심이며 일반적으로 프로브 헤드에 장착된다. 본질적으로 가스센서는 특정 가스의 부피 분율을 해당 전기 신호로 변환하는 변환기이다.
가스센서는 일반적으로 가스에 민감한 특성으로 분류되며 주로 반도체 가스센서, 전기화학 가스센서, 고체 전해질 가스센서, 접촉 연소 가스센서, 광학 가스센서, 고분자 가스센서 등으로 나눌 수 있다.
그 중 광학 가스센서의 적외선 가스센서는 NDIR(비분산형 적외, non-dispersive infrared) 기술을 기반으로 하며 현재 연구 핫스팟 중 하나로 다음과 같은 장점을 가지고 있다.
(1)다양한 종류의 가스를 측정: 단원자의 불활성 가스와 대칭 구조의 원극성을 갖는 2원자 가스 외에 대부분의 유기 및 무기 등 다원자 분자 가스는 적외선 센서로 측정할 수 있다.
(2)측정범위가 넓음: 측정가능한 가스농도의 상한은 100%, 하한은 100만분의 1이 된다.
(3)높은 감도: 가스 농도의 미세한 변화를 측정할 수 있다.
(4)신뢰성이 높고 수명이 오래간다.
적외선 가스센서의 원리는 다음과 같다.
적외선이 공기(air) / 가스(gas) 혼합물을 포함하는 광학챔버(가스챔버)내에 측정 대상 기체(gas)를 통과할 때 기체 분자는 특정 파장의 적외선을 흡수하며, 흡수 관계는 람베르-비어(Lambert-Beer) 흡수 법칙을 따른다. 광도가 k 이고, 파장이 λ 인 광속(light beam)이 가스챔버에 입사하면 가스챔버의 샘플(측정 대상 기체 분자)은 λ 에 흡수선 또는 흡수 밴드를 가지며, 가스챔버에서 출사되는 빛의 강도(intensity)는 k-이다. 기체 분자(매체)의 흡수 특성으로 알 수 있다. 빛(light)이 측정 대상 기체를 통과할 때 빛의 일부는 기체(gas)에 흡수되고 빛의 일부는 기체(gas)에 의해 산란되며 그 법칙은 비어(Beer)의 법칙으로 설명할 수 있다.
여기서 Io 는 측정할(검측할) 대상 가스를 통과하기 전의 광도이며, I 는 측정할 가스를 통과한 후의 광도이며, C 는 측정할 가스의 농도이며, L 은 빛이 통과하는 측정할 가스의 길이 이며, α는 측정할 가스의 흡수계수이다.
측정의 편의를 위하여 위의 식을 다음과 같은 공식으로 표기할 수 있다.
위의 공식에서 측정할 가스를 통과하는 빛의 경로 길이 L 과 측정할 기체(가스, gas) 분자의 흡수계수 α 를 알면 측정할 가스의 농도를 알 수 있다. I 대 Io 의 비율을 측정하여 얻는다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부의 블록 다이어그램이다.
NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치의 자가진단 기능이 구현되는 디지털 신호 프로세서(DSP) 기반 회로(10)의 일반적인 블록도이다. 회로(10)의 동작은 존재하는 메탄가스의 양을 샘플링하기 위해 NDIR 메탄가스 탐지부에 전력을 주기적으로 인가하는 주거용 주방 자동 소화장치의 수신부(400)에 의해 제어된다.
디지털 신호 프로세서(40)는 적분형 A/D 변환기(16) 및 온도센서(미도시)에 연결되어 디지털 광 강도 신호에 따라 가스 농도 신호를 계산하고 온도 신호에 따라 농도 신호를 보정하는 데 사용된다. 검출 채널에서의 광 전송을 나타내는 각 광전소자(17, 18)로부터의 전기 출력 신호는 센서 증폭기(13, 14)를 통해 적분형 A/D 변환기(16)에 연결된다. 디지털 신호 프로세서(40)는 검출기인 각각의 광전소자(17, 18)로부터의 전기 신호를 나타내는 디지털 값을 반복적으로 판독하기 위해 적분형 A/D 변환기(16)에 주기적으로 정보를 얻는다.
광전소자(17, 18)의 출력 전압의 주기적 샘플링은 전력 소비를 감소시킨다. 바람직한 실시예에서, 광전소자(17, 18)의 출력은 9초(s)마다 0.4밀리초(ms) 동안 샘플링된다. 디지털 신호 프로세서(40)는 메모리 EEPROM(30)에 저장된 명령에 따라 광전소자(17, 18)의 출력 전압 샘플을 처리하여 메탄 가스 누설로 판단되는 경보 조건이 존재하는지 또는 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서가 사전 할당된 작동 허용 오차 내에 있는지 여부를 결정한다.
광전소자(17, 18)의 각 출력 전압 샘플은 센서 증폭기(13, 14)를 통해 적분형 A/D 변환기(16)로 전달된다. 적분형 A/D 변환기(16)는 출력 전압 샘플을 취하고 이를 도 4의 공정 블록(152)을 참조하여 논의된 이득 교정 단계 동안 설정된 적분시간 간격 동안 적분한다.
각각의 적분시간 간격이 끝나면, 적분형 A/D 변환기(16)는 취한 광전소자 출력 전압 샘플을 나타내는 아날로그 전압을 디지털 값으로 변환한다.
디지털 신호 프로세서(40)는 디지털 값을 수신하고 이를 교정(calibration)동안 EEPROM(30)에 설정되고 저장된 경보 전압 및 민감도 허용 한계 전압과 비교한다. 적분형 A/D 변환기(16)에 의해 제시된 적분기 전압의 처리는 EEPROM(30)에 저장된 명령으로 구현된 알고리즘에 따라 디지털 신호 프로세서(40)에 의해 수행된다. 이 알고리즘의 처리 단계는 도 7 를 참조하여 설명된다.
NDIR 메탄가스 탐지부에 전력을 주기적으로 인가하는 주거용 주방 자동 소화장치의 수신부(400)는 500kHz의 바람직한 출력 주파수를 갖는 클록 진동기(50)를 활성화하여 적분형 A/D 변환기(16)를 포함하는 디지털 신호 프로세서(DSP) 기반 회로(10)의 전체 동작을 위한 타이밍 표준을 제공하며 또한 상술한 활성화에 응답하여 작동되는 자가진단 테스트를 수행한다.
디지털 신호 프로세서 기반 회로(10) 시스템에는 메탄가스 누설로 판단되는 경보 수준에 대한 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서의 감도를 주기적으로 확인하는 마이크로프로세서 기반 자가진단 회로가 포함된다. 광전소자의 청정 공기(메탄가스 0 ppm ) 전압 출력의 변화와 메탄가스 누설로 판단되는 경보 수준에 대한 감도 사이에는 직접적인 상관 관계가 있다. 따라서 청정 공기(메탄가스 0 ppm ) 에서 측정된 전압의 변화량에 대한 허용 한계를 설정함으로써 디지털 신호 프로세서 기반 회로(10) 시스템은 메탄가스 누설로 판단되는 경보 수준에 대해 과소 또는 과민하게 된 시점을 표시한다.
디지털 신호 프로세서 기반 회로(10) 시스템은 주기적으로 광원(21)에 전원을 공급한 다음 메탄가스 경보 수준을 결정하여 가스챔버에 존재하는 메탄 가스의 양을 샘플링한다. 디지털 신호 프로세서 기반 회로(10) 시스템의 EEPROM(30)에 저장된 소프트웨어에 구현된 알고리즘은 일정 시간(예: 27시간) 동안 청정 공기(메탄 가스 0 ppm ) 전압이 설정된 감도 허용 한계를 벗어나는지 여부를 결정한다. 과소 또는 과민성 조건이 결정되면 디지털 신호 프로세서 기반 회로(10) 시스템은 광학챔버(가스챔버)를 포함한 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서에 문제가 있음을 나타낸다.
광원(21) 과 광전소자(17, 18)는 다공성 측면 표면을 갖는 하우징(housing)인 광학챔버(가스챔버)에 내재한다.
광원(21)과 광전소자(17, 18)의 배치 위치는 측벽의 곡선과 상단 평면에서 바닥 평면까지의 거리와 일치하여 광원(21)에서 방출된 빛이 광학챔버(가스챔버)의 내벽의 반사를 통해 광전소자(17, 18)로 집광되도록 한다.
광원은 백열광원으로 도시되어 있지만, 기계적으로, 전기-광학적으로 넓은 광 대역폭 방출(radiation)을 갖는 임의의 그러한 광원이 사용될 수 있다.
광원은 가시광선-적외선 광원, 즉 광원에서 방출되는 빛의 스펙트럼 범위는 가시광선에서 적외선까지, 즉 빛의 파장 범위는 1㎛ 에서 20㎛ 까지이다.
광전소자는 열 방출 적외선 광전 소자 또는 적외선 열전 스택 광전 소자를 사용할 수 있으며 실제 적용에서는 필요에 따라 해당 광전 소자가 사용될 수 있다.
광전소자는 협대역 필터가 있는 감광 표면을 가지고 있으며, 빛이 감광 표면에 조사되면 협대역 필터는 해당 파장의 광파를 광전소자로 여과하고, 즉 측정 가스가 흡수하는 파장의 광파를 여과하고, 광전소자는 빛의 강도를 전기 신호 출력으로 변환한다. 상단 평면에 구멍이 뚫린 위치는 특별히 제한되지 않으며, 구멍 면적의 합은 통기 요구 사항, 즉 상단 평면의 나머지 부분의 면적을 최대한 크게 해야 하며, 실제로 상단 평면에서 반사에 사용할 수 있는 표면의 면적을 최대한 크게한다.
광학챔버(가스챔버)의 상단 평면과 하단 평면의 개념은 설명이 편리할 뿐 상하 관계에 제한이 되지 않는다. 실제 적용에서 공기(air) / 가스(gas) 혼합물 교환을 위해 바닥 평면에 구멍을 뚫는 것과 같은 교환도 가능하다.
방진 및 방습을 위해 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서는 또한 케이스를 포함할 수 있으며, 상기 케이스는 필터막을 경계로 적어도 한 층의 여과막이 설치되어 있고, 상기 케이스의 한쪽에는 외부와 가스를 교환하기 위한 구멍이 있고, 다른 한쪽은 밀폐되어 있어 가스챔버를 상기 케이스로 둘러싼다.
필터막은 0.2㎛에서 3㎛ 범위의 미세 기공 직경을 갖는 소수성 미세 다공성 필터막이다.
하우징인 광학챔버(가스챔버)를 통해 흐르는 공기 (air) / 가스(gas) 혼합물 은 광원(21)에 의해 방출된 빛을 광전소자(17, 18)쪽으로 반사한다.
광전소자(17, 18)에 의해 감지된 광량은 디지털 신호 프로세서 기반 회로(10) 시스템의 전자 회로에 의해 다음과 같이 처리된다.
본 발명의 디지털 신호 프로세서 기반 회로(10) 시스템의 자가진단 능력은 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서의 특정 작동 매개변수를 보정하는 동안 결정된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부 시스템의 보정동안 수행되는 단계를 나타내는 흐름도이며 공정 블록(150)은 시뮬레이트된 메탄가스 환경이 없을 때 0 % ( 0 ppm) 를 나타내는 청정 공기 전압의 측정을 나타낸다.
청정 공기 전압에 대한 상한 및 하한 허용 임계값 한계도 보정시 측정된 청정 공기 전압의 공칭 ±42%로 설정된다.
공정 블록(152)은 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서의 이득 조정을 나타낸다.
이것은 보정된 청정 공기 전압의 수준에서 시뮬레이트된 메탄가스 환경을 생성하기 위해 0.06% (600 ppm) 내지 1.25% (12,500 ppm) 정도의 메탄가스 농도로 채워진 챔버에 하우징인 광학챔버(가스챔버)를 배치함으로써 달성된다.
시뮬레이트된 메탄가스는 광학챔버(가스챔버)의 구멍을 통해 흐르고 광원(21)에 의해 방출된 빛(light)의 일부를 광전소자(17, 18)쪽으로 반사한다.
시뮬레이트된 메탄가스의 농도가 일정하기 때문에, 광전소자(17, 18)는 반사된 빛의 양에 따라 일정한 출력 전압을 생성한다.
NDIR 메탄가스 탐지부의 센서의 이득은 광전소자(17, 18)의 출력 전압을 샘플링하는 시간을 변경하여 조정된다.
바람직하게는 적분형 A/D 변환기(16)는 0.06% 의 메탄가스 농도 수준에 대혜 약 2.0볼트의 경보 전압 임계값을 생성하는 적분시간 간격을 결정하여 이득 조정을 수행한다. 적분형 A/D 변환기(16)의 동작(operation)은 도 5 및 도 6 을 참조로 하여 설명된다.
공정 블록(154)은 하우징인 광학챔버(가스챔버)가 배치된 공간(챔버)에 0.06%(600 ppm) 의 농도 이상의 메탄가스의 존재를 나타내는 알람 신호를 생성하는 광전소자(17, 18)의 알람 출력 전압의 결정을 나타낸다.
광전소자(17, 18)의 알람 전압은 고정되어 있으며 전기적으로 소거할 수 있는 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리인 EEPROM( 30)에 저장되며, 그 기능은 도 5를 참조하여 설명된다.
교정 프로세스가 끝나면 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서의 게인이 설정되고 알람 전압과 청정 공기 전압 및 상한 및 하한 허용 한계 전압이 EEPROM(30)에 저장된다.
게인은 먼지나 기타 오염 물질의 축적에 영향을 받지 않는다.
이 속성은 본 발명에서 구현되는 자가진단 기능을 가능하게 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부의 자가진단 및 보정 기능을 구현하는 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 일반적인 블록도이며, 디지털 신호 프로세서 기반 회로(10)의 동작은 하우징인 광학챔버(가스챔버)에 존재하는 메탄가스의 양을 샘플링하기 위해 광전소자(17, 18)에 전력을 주기적으로 인가하는 디지털 신호 프로세서(40)에 의해 제어된다.
광전소자(17, 18)의 출력 전압의 주기적 샘플링은 전력 소비를 감소시킨다.
디지털 신호 프로세서(40)는 광전소자(17, 18)로부터의 출력 신호를 샘플링하고, 그 신호를 분석하여 측정할 대상 가스 및 습기(증기)에 의한 광 흡수를 검출 및 측정하고, 감지된 가스 및 감지된 메탄가스의 농도를 식별하는 미리 프로그램된 장치이다. 디지털 신호 프로세서(40)는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치에서 사용되는 프로그램 및 데이터를 저장하기 위한 복수의 기억 장소를 갖는 메모리 EEPROM(30)에 연결된다.
동작중의 임의의 주어진 시간에 EEPROM(30)은 검출기인 각각의 광전소자(17, 18)의 현재 출력을 나타내는 값을 별도의 레지스터에 저장한다.
본 실시 예에서는 2개의 레지스터가 존재하며, 각각은 상이한 광전소자(17, 18)의 출력을 저장한다.
디지털 신호 프로세서(40)는 시동자체시험 동안 또는 입력 유니트(60)으로부터의 사용자 개입을 통해 자동으로 시작되는 시동 및 정규화 루틴을 포함한다. 시동 및 정규화 루틴 동안 디지털 신호 프로세서 기반 회로(10) 시스템은 잘 알려진 대로 초기화되고 특정 정규화 값이 기록된다.
바람직하게는 광전소자(17, 18)의 출력은 9초(s)마다 0.4밀리초(ms) 동안 샘플링된다.
디지털 신호 프로세서(40)는 EEPROM(30)에 저장된 명령에 따라 광전소자(17, 18)의 출력 전압 샘플을 처리하여 경보조건이 존재하는지 또는 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서가 사전 할당된 작동 허용 오차 내에 있는지 여부를 결정한다.
광전소자(17, 18)의 각 출력 전압 샘플은 센서 증폭기(13, 14)를 통해 적분형 A/D 변환기(16)로 전달된다.
적분형 A/D 변환기(16)는 출력 전압 샘플을 취하고 이를 도 4의 공정 블록(152)을 참조하여 논의된 이득 교정 단계 동안 설정된 적분시간 간격 동안 적분한다.
각각의 적분시간 간격이 끝나면, 적분형 A/D 변환기(16)는 취한 광전소자(17, 18)의 출력 전압 샘플을 나타내는 아날로그 전압을 디지털 값으로 변환한다.
디지털 신호 프로세서(40)는 디지털 값을 수신하고 이를 교정동안 EEPROM(30)에 설정되고 저장된 경보 전압 및 민감도 허용 한계 전압과 비교한다.
적분형 A/D 변환기(16)에 의해 제시된 적분기 전압의 처리는 EEPROM(30)에 저장된 명령으로 구현된 알고리즘에 따라 디지털 신호 프로세서(40)에 의해 수행된다.
이 알고리즘의 처리 단계는 도 5를 참조하여 설명된다.
디지털 신호 프로세서(40)는 경보(알람) 상태를 나타내기 위해 수신부(400)를 거쳐 주거용 주방 자동 소화장치의 조작부(300)는 LED 램프(미도시)에 지속적인 온(on) 상태로 두며, 조작자의 입력 유니트(60)의 활성화에 응답하여 수동으로 작동되는 자가진단 테스트를 수행한다.
500kHz의 바람직한 출력 주파수를 갖는 클록 진동기(50)는 디지털 신호 프로세서 기반 회로(10)의 전체 동작을 위한 타이밍 표준을 제공한다.
도 6 은 도 5의 적분형 A/D 변환기의 구성요소를 보다 상세하게 도시한 블록도이며, 다음은 적분시간 간격을 결정하기 위해 교정동안 수행하는 처리에 특히 초점을 맞춘 적분형 A/D 변환기의 동작에 대한 설명이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 센서 증폭기(13, 14)는 광전소자(17, 18)의 출력 전압 샘플을 조절하고, 상술한 출력 전압 샘플을 프로그램 가능 적분기(66)로 전달한다. 각 0.4밀리초(ms) 샘플링 기간 동안 듀얼 스위치드 커패시터 적분기(72)의 입력 커패시터는 센서 증폭기(13, 14)의 출력 양단에 나타나는 전압을 축적한다. 그런 다음 듀얼 스위치드 커패시터 적분기(72)는 입력 커패시터에 의해 획득된 샘플 전압을 출력 커패시터로 전송한다.
매 적분시간 간격의 시작에서 입력 시프트 레지스터(68)는 디지털 신호 프로세서(40)의 통제하에 적분시간 간격을 나타내는 8비트 시리얼 디지털 워드를 수신한다. 최하위 비트는 9밀리볼트(mV)에 해당하며 2.3볼트(V)는 8비트 워드의 풀 스케일 전압을 나타낸다. 입력 시프트 레지스터(68)는 적분시간 간격 워드의 보체를 적분기 카운터(70)에 프리셋(preset)으로 제공한다.
적분기 카운터(70)가 카운트하는 시간은 듀얼 스위치드 커패시터 적분기(72)가 입력 커패시터에 의해 획득된 광전소자 출력 전압 샘플을 나타내는 아날로그 전압을 출력 커패시터 양단에 축적하는 적분시간 간격을 정의한다. 출력 캐패시터 양단에 저장된 아날로그 전압의 값은 광전소자(17,18)의 출력 전압과 적분기 카운터(70)에 저장된 카운트의 수에 의해 결정된다.
적분시간 간격이 완료되면 적분기 카운터(70)는 0에서 카운팅을 중지한다.
그런 다음 적분형 A/D 변환기(16)는 듀얼 스위치드 커패시터 적분기(72)의 출력 커패시터 양단에 저장된 아날로그 전압을 디지털 값으로 변환한다.
적분형 A/D 변환기(16)는 비반전 입력에서 출력 캐패시터 양단의 적분기 전압을 수신하고 반전 입력에서 기준 전압(82)을 수신하는 비교기 증폭기(74)를 포함한다.
비교기 버퍼 증폭기(76)는 비교기 증폭기(74)의 출력을 조정하고 카운트 인에이블 신호를 전환 카운터(78)에 제공한다. 전환 카운터(78)는 적분기 카운터(70)가 0에서 카운트를 멈추고 카운트 인에이블 신호가 있는 한 카운트를 계속한다.
아날로그를 디지털로 전환하는 동안, 듀얼 스위치드 커패시터 적분기(72)는 전환 카운터(78)가 계속 카운트하는 동안 출력 커패시터 양단의 전압을 제3 커패시터로 방전한다. 이러한 카운팅은 출력 캐패시터 양단의 적분기 전압이 비교기 증폭기(74)의 +300밀리볼트(mV) 임계값 아래로 방전될 때까지 계속되며, 그에 따라 카운트 인에이블 신호가 제거된다. 전환 카운터(78)의 내용은 출력 시프트 레지스터(80)로 시프트되며, 이는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치의 의 동작 모드에 따라 처리하기 위해 적분기 전압을 나타내는 8비트 시리얼 디지털 워드를 디지털 신호 프로세서(40)에 제공한다. 이러한 작동 모드에는 교정, 서비스 중 자가 진단 및 자체 테스트가 포함된다.
교정하는 동안, NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치는 서로 다른 가중 값의 시험 적분시간 간격 워드를 적분기 카운터(70)에 프리셋(preset)으로 대체하여 알려진 메탄가스 누설 정도에 대한 경보 전압을 생성하는 데 필요한 적분시간 간격을 획득함으로써 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서의 이득을 결정한다.
도 4의 공정 블록(154)에 표시된 바와 같이, 메탄가스 누설 정도에 대해 경보 전압이 EEPROM(30)에 저장된다.
광전소자(17, 18)의 출력은 광학챔버(가스챔버)를 메탄가스 농도 0.06% (600 ppm) 정도의 조건 환경에 배치될 때 고정 전압이다.
광전소자(17, 18)는 출력 전압이 다소 다르기 때문에 경보 전압과 동일한 적분기 전압을 생성하는 적분시간 간격을 결정하면 이득(gain)이 설정된다.
따라서 적분기 카운터(70)에 대한 상이한 카운팅 시간 간격은 출력 시프트 레지스터(80)에 저장된 상이한 적분기 전압을 생성한다.
교정하는 동안 입력 시프트 레지스터(68) 및 적분기 카운터(70)에 시험 적분시간 간격을 제공하는 프로세스는 메탄가스 농도 0.06%(600 ppm) 정도의 조건 환경에 배치된 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서와 함께 마이크로프로세서 에뮬레이터를 사용한다. 게인 보정은 알람 전압에 해당하는 8비트 디지털 워드를 출력 시프트 레지스터(80)에서 생성하는 적분시간 간격 워드의 결정시 완료된다.
적분시간 간격 워드는 게인 팩터(gain factor)로서 EEPROM(30)에 저장된다.
도 7 은 본 발명의 실시 에에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치에 의해 수행하는 자가진단 처리 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 3, 도 6 및 도 7 을 참조하면, 공정 블록(250)은 작동중 주거용 주방 자동 소화장치의 수신부(400)가 9초 간격으로 광원(21)에 전력을 인가하여 EEPROM(30)에 저장된 이전에 결정된 적분시간 간격에 걸쳐 출력 전압을 샘플링하는 것을 나타낸다. 9초마다 샘플링하면 디지털 신호 프로세서(DSP) 기반 회로(10)에서 소비하는 정상 상태 전력이 감소한다.
공정 블록(252)은 각각의 적분시간 간격 후에 디지털 신호 프로세서( 40)가 출력 시프트 레지스터(80)에 저장된 방금 획득한 적분기 전압을 판독한다.
공정 블록(254)은 디지털 신호 프로세서(40)에 의해 수집된 적분기 전압에 대한 알람 전압 및 청정 공기(메탄가스 0 ppm 농도) 전압의 상한 및 하한 허용 한계에 대한 비교를 나타내며, 이들 모두는 사전 할당되어 EEPROM(30)에 저장된다. 이러한 비교는 디지털 신호 프로세서(40)에 의해 순차적으로 수행된다.
결정 블록(256)은 획득된 적분기 전압이 저장된 알람 전압을 초과하는지 여부에 대하여 결정한다. 만일 그렇다면, 디지털 신호 프로세서(40)는 공정 블록(258)에 의해 표시된 바와 같이 메탄가스 농도 0.06%(600 ppm) 정도의 조건 환경임을 알리는 알람에 연속적인 신호를 제공한다. 그렇지 않다면, 디지털 신호 프로세서(40)는 다음 비교를 수행한다.
결정 블록(260)은 획득된 적분기 전압이 저장된 청정 공기 전압 허용 한계 내에 속하는지 여부에 대하여 결정한다. 만일 그렇다면, NDIR 메탄가스 탐지부의 센서는 광전소자(17, 18)의 다음 출력 전압 샘플을 계속 획득한다.
공정 블록(262)에 의해 표시된 바와 같이, 2-카운트 모듈러스(2-count modulus)를 갖는 카운터(counter)는 청정 공기 전압 허용 한계 내에 속하는 2개의 연속 획득 적분기 전압의 발생을 모니터링한다. 그렇지 않은 경우, 카운터는 공정 블록(264)에 표시된 바와 같이 하나의 카운트에 의해 인덱싱됩니다. 그러나 두 개의 연속적인 적분기 전압이 나타날 때마다 2-카운트 모듈러스 카운터는 공정 블록(264)에 표시된 카운터를 재설정합니다.
결정 블록(266)은 공정 블록(264)의 카운터에 축적된 카운트의 수가 10,752 카운트를 초과하는지 여부에 대한 결정을 나타낸다.
이는 27시간 동안 9초(s) 간격 각각에 대한 허용 오차 제한 조건을 벗어난 연속 적분기 전압 샘플에 해당한다.
그렇다면, 디지털 신호 프로세서(40)는 공정 블록(268)에 나타낸 바와 같이 낮은 듀티 사이클 깜박임 신호를 주거용 주방 자동 소화장치의 수신부(400)에 보내며, 수신부(400)가 보낸 정보로 조작부(300)는 LED 램프(미도시)를 점멸(on-off)한다.
깜박임 신호는 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서가 변경되어 청정 공기 전압이 감도 부족 또는 과다에 대한 보정을 벗어나 주의를 기울여야 함을 나타낸다.
공정 블록(264)의 카운터의 카운트가 10,752 카운트를 초과하지 않으면 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치는 광전소자(17, 18)의 다음 출력 전압 샘플을 계속 획득한다.
따라서 자체진단 알고리즘은 청정 공기 전압 허용 한계 내에서 적분기 전압이 두 번 연속 나타날 때마다 다시 시작되는 27시간의 허용 오차 측정 기간을 제공한다.
NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치는 내부 기능 상태를 수동으로 평가할 필요 없이 자체 작동 상태를 모니터링한다.
자체 테스트 프로그램은 주거용 주방 자동 소화장치의 수신부(400)가 NDIR 메탄가스 탐지부에 전압을 인가하고, 디지털 신호 프로세서(40)가 출력 시프트 레지스터(80)에 저장된 적분기 전압을 판독하고, 이를 청정 공기 전압 및 그 상한 및 하한 허용 한계와 비교한다.
도 7 의 공정 블록(250, 252, 254)을 참조하여 설명된 것과 유사한 방식으로. 자체 테스트 프로그램은 디지털 신호 프로세서(40)가 수신부(400)를 거쳐 주거용 주방 자동 소화장치의 조작부(300)는 LED(미도시)에 각각 2회 또는 3회, 4회 내지 7회, 또는 NDIR 메탄가스 탐지부의 센서가 감도 허용 한계 내에서 과소 민감하거나 과민한 경우 8회 또는 9회 깜박이게 한다. 위의 조건 중 어느 것도 충족되지 않으면 LED(미도시)에 한 번 깜박여 서비스할 수 없는 하드웨어 오류를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 NDIR 메탄가스 탐지부의 예시도이다.
NDIR 메탄가스 탐지부의 광학챔버(기체챔버)는 회로기판(PCB, 6)에 부착되는 구조로 하우징의 내부 면과 회로기판(6)의 상면으로 광학챔버(3)를 형성한다. 회로기판(6)에 표면 실장되는 반도체 부품 등 과 회로기판에 부착되는 광학챔버는 배치 관련하여 트레이드 오프 하되 광원(5)과 광전소자(4)가 내재된 광학챔버(3)에서 광원(5)에서 방출한 빛이 통과하는 측정할 가스의 길이 L 을 최대화 할 수 있는 형상으로 설계된다.
본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
3 : 광학챔버 4: 광원소자
5: 광원 6 : 회로기판(PCB)
10 : 디지털 신호 프로세서 기반 회로 13, 14 : 센서 증폭기
15: NDIR 메탄가스 탐지부 16 : 적분형 A/D 변환기
17, 18 : 광전소자 19, 20 : 필터
21 : 광원 30 : EEPROM
40 : 디지털 신호 프로세서(DSP) 50 : 클록 진동기
60 : 입력유니트 66 : 프로그램 가능 적분기
68 : 입력 시프트 레지스터 70 : 적분기 카운터
72 : 듀얼 스위치드 커패시터 적분기 74 : 비교기 증폭기
76: 비교기 버퍼 증폭기 78: 전환 카운터
80: 출력 시프트 레지스터 82 : 기준 전압
100 : 주거용 주방 자동 소화장치 120 : 감지부
140 : NDIR 메탄가스 탐지부 220 : 가스밸브 차기
240 : 소화기 260 : 방출구
300 : 조작부 400 : 수신부
420 : 인터페이스부 440 : 판단부
460 : 제어부 500 : 전원공급장치
600 : 표시장치 650 : 통신장치
5: 광원 6 : 회로기판(PCB)
10 : 디지털 신호 프로세서 기반 회로 13, 14 : 센서 증폭기
15: NDIR 메탄가스 탐지부 16 : 적분형 A/D 변환기
17, 18 : 광전소자 19, 20 : 필터
21 : 광원 30 : EEPROM
40 : 디지털 신호 프로세서(DSP) 50 : 클록 진동기
60 : 입력유니트 66 : 프로그램 가능 적분기
68 : 입력 시프트 레지스터 70 : 적분기 카운터
72 : 듀얼 스위치드 커패시터 적분기 74 : 비교기 증폭기
76: 비교기 버퍼 증폭기 78: 전환 카운터
80: 출력 시프트 레지스터 82 : 기준 전압
100 : 주거용 주방 자동 소화장치 120 : 감지부
140 : NDIR 메탄가스 탐지부 220 : 가스밸브 차기
240 : 소화기 260 : 방출구
300 : 조작부 400 : 수신부
420 : 인터페이스부 440 : 판단부
460 : 제어부 500 : 전원공급장치
600 : 표시장치 650 : 통신장치
Claims (7)
- 조작부, 수신부, LED, 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치에 관한 것으로,
상기 탐지부는 디지털 신호 프로세서 기반 회로에 연결되며,
상기 탐지부에 전력을 주기적으로 인가하는 상기 수신부는 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 동작을 제어하며, 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 디지털 신호 프로세서는 EEPROM에 저장된 명령에 따라 광전소자의 출력전압을 주기적으로 샘플링하여 경보조건내에 있는지 또는 사전 할당된 작동 허용오차내에 있는지 여부를 결정하며,
동시에, 상기 수신부는 클록 진동기를 활성화하여 상기 디지털 신호 프로세서 기반 회로의 전체 동작을 위한 타이밍 표준을 제공하되 상기 활성화에 응답하여 작동되는 자가진단을 수행하며,
상기 출력전압은 센서 증폭기를 거쳐 프로그램 가능 적분기로 전달되며,
적분시간 간격이 완료되면 상기 프로그램 가능 적분기의 적분기 카운터는 0 에서 카운팅을 중지하며 적분형 A/D 변환기는 상기 프로그램 가능 적분기가 획득한 상기 출력전압을 디지털 값으로 변환하며,
상기 적분형 A/D 변환기의 비교기 증폭기는 상기 프로그램 가능 적분기의 듀얼 스위치드 커패시터 적분기의 출력 커패시터 양단의 적분기 전압 및 상기 적분형 A/D 변환기의 기준 전압을 수신하며,
상기 적분기 전압을 표시하는 8 비트 시리얼 디지털 워드를 상기 디지털 신호 프로세서에 제공하여 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치의 동작 모드에 따라 처리하는 것을 특징으로 하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치. - 제 1항에 있어서,
상기 경보조건내에 있는 걸로 결정시 상기 디지털 신호 프로세서는 경보 상태를 나타내기 위해 상기 수신부를 거쳐 상기 조작부는 상기 LED에 지속적인 온(on) 상태로 두는 것을 특징으로 하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 적분형 A/D 변환기에 의해 제시된 상기 적분기 전압의 처리는 상기 EEPROM에 저장된 명령으로 구현된 알고리즘에 따라 상기 디지털 신호 프로세서에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치. - 제 1항에 있어서,
상기 동작 모드에는 교정, 서비스중 자가진단 및 자체 테스트가 포함되는 것을 특징으로 하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치. - 제 1항에 있어서,
상기 프로그램 가능 적분기는 듀얼 스위치드 커패시터 적분기, 적분기 카운터, 입력 시프트 레지스터 로 구성되는 것을 특징으로 하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치. - 제 1항에 있어서,
상기 적분형 A/D 변환기는 비교기 증폭기, 기준 전압, 비교기 버퍼 증폭기, 전환 카운터, 출력 시프트 레지스터 로 구성되는 것을 특징으로 하는 자가진단 기능이 있는 NDIR 메탄가스 탐지부를 구비한 주거용 주방 자동 소화장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020230115447A KR102680798B1 (ko) | 2023-08-31 | 2023-08-31 | 자가진단 기능이 있는 ndir 메탄가스 탐지부를 구비한주거용 주방 자동 소화장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020230115447A KR102680798B1 (ko) | 2023-08-31 | 2023-08-31 | 자가진단 기능이 있는 ndir 메탄가스 탐지부를 구비한주거용 주방 자동 소화장치 |
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| KR102680798B1 true KR102680798B1 (ko) | 2024-07-02 |
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| KR1020230115447A KR102680798B1 (ko) | 2023-08-31 | 2023-08-31 | 자가진단 기능이 있는 ndir 메탄가스 탐지부를 구비한주거용 주방 자동 소화장치 |
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| KR (1) | KR102680798B1 (ko) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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