KR19990071873A - 위험탐지신호를해석하는방법및상기방법을수행하기위한위험탐지기 - Google Patents

Abstract

위험탐지기 신호의 주파수 해석을 위한 방법에서, 잔파장 변환(1)은 퍼지 논리 해석을 겸하고, 정규 또는 반 정규 잔파장에 의한 변환에서, 원신호(X_0,k)는 하이패스/로패스 필터(HP,LP) 쌍의 다단계필터 직렬로 입력된다.

각 필터 단계에서, 관련함수( μ _I)는 하이패스 필터, 잔파장 계수 및 원신호 값(X_0,k)의 결과로부터 산출된다.

상기 함수들은 포준화되어 퍼지논리 법칙에 따라 해석하기 위한 상기 형태에서 사용된다.

상기 방법은 특히 불꽃 탐지기, 잡음 탐지기 및 이와 유사한 것과 같은 위험탐지기의 출력신호를 해석하는데 적절하다.

잔파장 변환(1)과 퍼지논리 해석(2)는 적은 수 프로세서 코드 라인에 의해 수행되는 반면, 상기 해석은 비용면에서 효과적인 프로세서를 사용하여 수행될 수 있고, 선행기술과 동등하거나 개선된 정밀도를 가지고도 속도를 높일 수 있다.

Description

위험탐지 신호를 해석하는 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 위험탐지기

불꽃탐지기를 서술하는 EP-A 0,718,814 에서는 탐지된 방사의 주파수는 특정 주파수 범위에서 규칙 및 불규칙 신호사이를 구별하는 것으로 해석된다.

주어진 주파수 범위에서 다양한 신호의 해석은 다수의 퍼지논리 법칙에 따라 발생한다.

상기 방법은 순수한 불꽃신호와 다른 간섭 신호를 더 정밀하게 구별하도록 하고 따라서 거짓 경고를 방지한다.

여기서 주파수 스펙트럼은 예를 들어 빠른 퓨리에 변환에 의해 발생하는데 이것은 변환, 요구된 프로세서, 및 프로세서 비용을 위해 요구되는 시간의 관점에서는 비용이 많이 든다.

부분적으로, 탐지된 신호의 결정을 위해서는 2/3에 이르는 시간이 요구되지만, 특정응용을 위해서는 경고에 이르는 더 짧은 해석시간과 작용시간이 바람직하며, 이 같은 경우, 비록 영교차 방법 또는 전환점 방법 잔파장 해석과 같은 방법이 결정공정의 속도를 높일 지라도, 상술한 것들은 정밀하지가 못하다.

본 발명은 퍼지(fuzzy)논리 해석과 주파수 해석에 따른 위험탐지 신호를 해석하는 방법과 상기 방법을 수행하기 위한 위험 탐지기에 관한 것이다.

상기 위험탐지기는 예를 틀어 불꽃탐지기, 소음탐지기, 화재탐지기, 수동적외선 탐지기 또는 이와 유사한 것 일 수 있다.

위험탐지기의 출력신호는 대개 전형적인 주파수 스펙트럼을 특징으로 한다.

상기 주파수 스펙트럼을 해석함에 따라 신호의 출처를 결정할 수 있으며 특히, 순수한 경고 신호가 간섭신호 와 구별될 수 있으므로 거짓 경고를 배제할 수 있다.

특히 불꽃 탐지기의 경우에는 불꽃의 전형적인 저주파 점멸을, 예를 들면 반사된 햇빛, 또는 점멸광원과 같이 간섭원으로 부터의 순수한 불꽃방사와 구별하기 위하여 해석된다.

위험탐지기의 출력신호는 예를 들면, 퓨리에 해석(Fourier analysis), 빠른 퓨리에 해석, 영교차(zero crossing) 방법, 또는 전환점(turning point)방법에 의해 해석된다.

전환점 방법은 GB-A 2,777,989에 불꽃탐지기의 예로서 서술되어 있는데, 여기서 최대방사사이의 시간간격이 측정되고 그의 규칙성과 불규칙성이 감시되는데, 최대 방사가 불규칙하게 발생하면 불꽃으로 해석되고 규칙적으로 발생하면 간섭으로 해석된다.

퍼지논리는 일반적으로 알려져 있는데, 본 발명에서는 신호값이 관련함수, 관련함수값 또는 0에서 1사이의 양인 불확정값에 관련된 정도에 따라 이른바 퍼지집합(set) 또는 불확정 양에 할당된다는 사실이 강조된다.

여기서 관련함수가 표준화, 즉, 관련 함수의 모든 값의 합이 1이어야 한다는 것이 중요한데, 따라서, 퍼지 논리해석은 신호의 해석을 명확하게 정의하도록 한다.

도 1은 다수의 필터 단계와 퍼지 논리 해석에 의해 빠른 잔파장 해석을 채택하는 방법의 블록도.

도 2는 빠른 헤어(hair) 잔파장 변환에 의한 주파수 변환의 경우 관련함수를 도시하는 블록도.

도 3은 도 1에 따른 방법의 수행을 위한 위험 탐지기의 블록도.

도 4는 위험탐지기에서 도 1에 따른 방법을 수행하기 위한 블록도.

* 부호설명

2:퍼지제어기 3: 위험탐지기

4:센서 5:해석전자기기

6: 마이크로프로세서 7:알람출력장치

8:퍼지 잔파장 제어기 9:필터

본 발명의 목적은 위험탐지기 신호의 주파수해석을 위한 방법을 제공하는데 있으며 상기 위험탐지기는 퍼지 논리해석을 겸하고 정밀성을 개선하기 위하여 계산단계의 수를 줄여 실행하는 종래기술의 해석방법과 비교하여 동일하거나 더 짧은 시간을 달성한다.

또한, 상기 방법은 간단한 프로세서를 사용하여 실행될 수 있으므로 비용면에서도 유리하다.

상기 목적은 빠른 잔파장 변환이 주파수해석에 따라 수행되고, 원신호가 쌍으로 된 하이(high)/로(low) 패스(pass) 필터의 다단계 필터 직렬(cascade)을 통해 수행되며, 각 잔파장 변환단계에서 하이패스(high pass) 필터의 결과로부터 관련함수가 각각의 경우 산출되고 관련함수는 퍼지 논리법칙에 따라 주파수 신호를 더 해석하도록 사용 되는 것으로 달성된다.

잔파장 변환은 시간영역으로부터 주파수 영역으로 신호를 변환하거나 상을 만드는 것이다.(참고, Dr. Dobb's Journal에서 Mac A. Cody가 쓴 "The Fast Wavelet Transform"을 보라.)

따라서, 이것은 기본적으로 퓨리에 변환 및 빠른 퓨리에 변환과 유사하나, 상기 방법들은 신호가 형성됨에 따른 기본 변환함수로 구별된다.

퓨리에 변환에서는 주파수 영역 내에 심하게 집중되고 시간영역에서는 정의되지 않는 사인(sine)과 코사인(cosine)함수가 사용되고, 잔파장 변환에서는 이른바 잔파장(wavelet) 또는 웨이브패킷(wave packet)이 사용된다.

이 가운데는 예를 들어 가우시안(gaussian-), 스플라인(spline), 또는 레이 잔파장(hair wavelet)과 같은 많은 형태가 존재하며, 두 파라미터에 의한 각각의 경우 임의적으로 시간영역에서 교체될 수 있고, 주파수 영역에서는 팽창되거나 압축될 수 있다.

따라서, 시간영역과 주파수 영역 양쪽에서 집중된 신호는 잔파장 변환에 의해 변환될 수 있다. 빠른 잔파장 변환은 저주파신호요소가 고주파 신호요소로부터 분리됨에 따라 로패스(low pass) 및 하이패스(high pass) 필터의 반복적 사용에 바탕을 둔 말라 피라미드 알고리즘(Mallat pylamid algorithm)에 따라 실행된다.

여기서 상기 로패스 필터의 출력신호는 다시 각각의 경우 한쌍의 로패스/하이패스 필터로 옮겨진다. 이것에 따라 각각이 이전보다 더 조잡한 값을 갖는 원신호의 연속되는 근사치가 얻어진다.

다수의 작동은 변환이 각각의 경우 원신호의 길이에 비례할 것을 요하는 반면, 퓨리에 변환의 경우, 이 숫자가 신호길이를 초과한다.

빠른 잔파장변환은 역시 상기 원신호가 복구를 위해 근사값과 계수로부터 회복될 수 있다.

신호의 복구와 해석을 위한 알고리즘과 해석과 복구의 계수 테이블은 Charles K. Chui의 "Introduction to Wavelets"(Academic Press, Sandiago,1992)의 스플라인 잔파장(spline wavelet)의 예에서 주어진다.

위험탐지기의 예로, 퍼지해석의 결과는 경고신호 또는 간섭신호가 존재하는지에 대해 결정하도록 한다.

다수의 계산 단계는 잔파장이 퓨리에 해석과 비교하여 충분히 감소될 것을 요한다. 결과적으로 계산시간은 상기 신호가 짧아지고 프로세서 비용이 감소될 것을 요한다.

본 발명에 따르면, 원디지탈 신호는 먼저 빠른 잔파장변환에 의해 해석된다.

상술한 목적을 위하여, 말라 알고리즘(Mallat algorithm)에 따라, 상기 신호는 다수의 하이패스 및 로패스 필터 쌍의 직렬단계를 통하여 수행된다.

각 필터 단계에서, 하이패스 필터로부터 계산된 값의 합을 포함하는 관련함수가 나타나고, 원신호값의 제곱의 합에 의해 나누어진다.

여기서 각 필터단계의 경우에 형성된 관련함수의 합은 1과 같거나 거의 등가이다. 그후 상기 표준화된 관련함수는 퍼지 논리 주파수 해석의 지속을 위하여 상기 형식에서 사용된다.

상술한 형식의 주파수 해석은 다음과 같은 유리한 점이 있다.

상기 잔파장 변환의 하이패스 필터는 먼저 고주파 신호에 관한 정보를 제공한다. 이것은 특히 높은 주파수에 관한 정보가 상기 형식의 신호가 가속되는 것을 확인할 수 있고 이 확인의 정밀도가 향상되는 불꽃탐지의 경우에 유리하다.

만약 예를 들어 15Hz를 초과하는 고주파신호가 발견되면, 이것은 간섭신호로 해석된다.

간섭신호 또는 경고 신호에 대한 다음의 리포트는 보다 일찍 얻어지고 높은 정도의 확실성을 갖는다.

잔파장은 종종 그 형식이 헤어 잔파장과 같이 매우 간단하고, 해석이 적은수의 계산단계로 가능하게 하며, 또한, 계산시간과 결정시간을 감소시킨다.

그러나, 상기와 같은 결정시간의 감소는 신호확인에서 정밀성의 손실은 포함하지 않는다.

만약, 더 적은 라인의 코드(code)가 필요하다면, 더 많은 비용효과 프로세서의 사용도 가능하다.

본 발명에 따른 방법의 제 1 실시예는 빠른 잔파장 변환을 위해 사용되는 잔파장이 정규 또는 반정규 잔파장 또는 잔파장 패킷 베이스라는 것과 각각의 경우 발생된 관련함수가 잔파장 계수에 의해 검토된 하이패스필터의 제곱값의 합과 원신호의 제곱값의 합을 포함하고, 퍼지 논리법칙에 따라 주파수 신호를 더 해석하기 위해 표준화된 형식으로 사용된다는 특징을 가진다.

제 2실시예에서, 빠른 잔파장변환을 위해 사용된 상기 잔파장은 정규 또는 반정규 또는 잔파장 패킷 베이스이고 발생된 관련함수는 각각의 경우 하이패스 필터의 출력값의 제곱의 합과 위험탐지기의 원신호의 제곱값의 합을 포함하며, 퍼지논리함수 법칙에 따라 주파수 신호의 해석을 위한 표준화된 형식에서 사용된다.

상술한 방법의 수행을 위해 본 발명에 따른 위험탐지기는 위험특성변수를 위한 센서와 상기 센서의 출력신호와 퍼지제어기를 가진 마이크로 프로세서를 처리하기 위한 수단을 가진 해석전자기기를 포함한다.

상기 위험 탐지기는 퍼지제어기가 퍼지 잔파장 제어기의 부분이고 해석전자기기에 의해 처리됨에 따라 마이크로 프로세서가 소프트웨어 프로그램을 가지고, 퍼지 제어기로 입력된 신호가 잔파장으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 하기하는 도면에 의해 더욱 상세히 설명될 수 있다.

도 1에 따르면 출력 신호 X_0,k를 가진 빠른 잔파장 변환 1은 선행기술로부터 알려진 형태의 임의의 잔파장에 의해 수행된다.

정규 또는 반 정규 잔파장 또는 잔파장-패킷(wavelet-packet)베이스가 사용된다.

도면에서 상기 신호값은 X_i,k와 Y_i,k를 참조하고, 여기서 X는 원신호값과 로패스 필터(LP)로 부터의 값을 나타내고 Y값은 하이패스 필터(HP)로 부터의 값을 나타낸다.

지수 i는 오름차순에서 필터직렬의 단계, 단계 0에서 원신호가 존재하는 것을 나타낸다. 지수 k 는 신호의 개별 값을 나타낸다.

단계 0에서 원신호 X_0,k는 출발점으로 취해지고, 신호는 다수의 필터공정에 의해 변환된다.

제 1 하이패스 필터의 출력신호는 Y_i,k와 제 1 로패스 필터의 출력신호로 나타나는데, 이것은 동시에 제 2필터단계를 위한 입력신호를 형성하고 값 X_1,k로 나타난다.

제 2하이패스 필터의 출력신호는 값 Y_2,k로 나타나고, 제 2 로패스 필터의 출력신호 X_2,k는 제 3쌍의 필터등으로 입력된다.

여기서 필터단계에서 나타나는 다수의 값이 각 단계에서 다르다는 점을 주목해야 한다.

더 정밀하게는, 단계 i+1에서 예를 들면 하이패스 필트의 출력값은, 식

Y_i+1,k= Σ a_1-2kX_i,1로 표현되고 로패스 필터의 출력값은 식,

X_i+1,k= Σ b_1-2kX_i,1로 표현된다.

변환을 위한 계수 a와 b는 일반적으로 알려져 있고 상술한 Chui의 책의 도움으로 계산될 수 있다.

예를 들어 헤어 잔파장 a_{0 =}a₁₌1/2_,b_{0 =}1/2 그리고 b_{1 =}- 1/2 이다.

각각의 경우 지수 1은 계수가 0까지 다른 전체 번호붙여진 값으로 간주한다.

원신호의 복귀는 각 필터단계의 값이 선행단계의 값을 위해 만들어진 단계에서 발생한다. 즉,

X_i,k= (P_k-21X_i+1,1+ q_k-21,Y_i+1,1) (식 1)

잔파장 복귀를 위한 상기 계수 p와 q는 상술한 책에서 주어진다.

관련함수 μ _i는 각 필터단계의 하이패스 필터와 잔파장 복귀를 위한 관련계수 q의 출력값으로부터 산출된다.

μ_i= i = 1, 2,...,N

μ_N+1= i = N+1

여기서 N은 필터단계의 번호이다.

따라서 후자의 함수 μ _i+1는 마지막 로패스 필터의 출력값에 따라 형성된다.

상기 관련함수들은 μ _i=1에서 표준화 된다.

종종 상기 관련함수들의 적절한 근사값은 다음 식에 의해 주어진다.

μ_{i =} i = 1, 2,...,N

μ_N+1= i = N+1

상기 근사값에서 함수는 각자 μ _i=1에서 표준화된다.

디지털화된 비선형값 X_0,k은 빠른 헤어(hair)에 따르고, 각 필터단계 I의 값 Y_{i,k ,}관련함수 μ _i이 형성된다. 즉,

μ_{i =} i = 1, 2,...,N 그리고 μ_N+1= i = N+1

상기 관련함수들은 상술한 경우 μ _i=1에서 표준화된다.

도 2에서 빠른 헤어 잔파장의 결과로부터 형성된 관련함수 μ 는 주파수의 함수로 도시된다.

다양한 곡선중 μ _N+1은 낮은 주파수의 관련정도를 도시하고 μ ₁과 μ ₂는 높고 중간인 주파수의 관련정도를 각각 도시한다.

이것은 각 선택된 주파수에서 곡선값의 합은 1에 달한다.

상기 방법의 모든 실시예에서 상기 관련함수는 퍼지논리 법칙에 따른 해석을 위해 퍼지논리 제어기(2)로 입력된다. 여기서 결정은 경고신호가 출발되는지 상기 신호가 간섭으로 평가되는지에 관해 내려진다.

불꽃 탐지기의 경우, 상기 방법은 예를 들어 15Hz를 초과하는 간헐적인 신호와 같은 간섭신호와, 예를 들어 저주파 범위에서 광대역 신호 또는 저주파의 좁은 대역신호와 같은 순수 불꽃신호 사이의 구별에 적당하다.

고주파신호가 갑자기 나타나면, 상술한 주파수와 공명주파수의 간섭신호는 신호로부터 제거되고, 신호의 주파수 해석이 가속화된다.

잔파장 변환에 의한 주파수 해석의 가속 때문에, 신호의 형태를 결정하기위한 시간과 주어진 리포트는 예로 이전 3초에서 1초까지 감소될 수 있다.

상술한 방법은 역시 잡음탐지, 수동 적외선 탐지, 이미지 처리에서 개별 픽셀(pixel, 화소)의 신호의 스펙트럼 해석, 그리고 가스 및 진동센서와 같은 다른 센서를 위해 적절하다.

도 3은 상술한 방법의 수행을 위한 위험탐지기(3)의 다이어그램이다.

도면에 따르면, 상기 위험탐지기는 위험특성변수를 탐지하기 위한 센서(4), 해석전자기기(5), 마이크로프로세서(6) 그리고 퍼지제어기(2)를 포함한다.

상기 위험특성변수는 예를 들어 불꽃으로부터 방출된 방사의 강도, 잡음의 음향신호, 온체에 의해 방출된 적외선 방사, 또는 CCD 카메라의 출력신호일 수 있다.

상기 센서(4)의 출력신호는 앰프와 같은 신호의 처리를 위해 적절한 수단을 포함하는 해석전자기기(5)에 입력되고, 상기 해석전자기기(5)로부터 마이크로프로세서(6)로 입력된다.

여기서 상기 퍼지제어기(도 1)은 소프트웨어의 형태로 상기 마이크로프로세서(6)에 통합된다.

특히, 상기 퍼지제어기는 잔파장 이론과 퍼지논리 이론을 연결하는 퍼지 잔파장제어기의 부분이다.

상기 마이크로프로세서(6)은 도 4에 도시된 형태의 소프트웨어 프로그램을 포함하는데 이것은 잔파장변환에서 입력신호에 따른다.

결과로서 생기는, 변환된 신호는 그후 퍼지 제어기(2)에 입력된다.

만약 상기 퍼지제어기(2)로부터 나온 신호가 경고로 평가된다면, 상기 경고는 알람출력장치(7) 또는 알람제어 센서에 입력된다.

도 4는 위험탐지기의 마이크로 프로세서에서 본 발명에 따른 방법의 수행을 위한 블록 다이어그램이다., 상기 마이크로프로세서는 퍼지 잔파장 제어기(8)을 포함하고 상기 해석전자기기(5)(도 3)에 의한 해석을 따르는 상기 센서(4)의 출력신호는, 신호가 먼저 필터(9)들의 직렬을 통하여 입력되는 퍼지 잔파장 제어기(8)로 입력된다.

각 필터(9)의 결과들(10), 관련함수 μ _i는 식 1에 따라 형성된다.

그후 상기 함수들은, 퍼지 해석을 위하여, 선택적으로 신호를 경고출력장치(7)로 보내는 퍼지 제어기(2)로 입력된다.

상기 방법의 모든 실시예에서 상기 관련함수는 퍼지논리 법칙에 따른 해석을 위해 퍼지논리 제어기(2)로 입력된다. 여기서 결정은 경고신호가 출발되는지 상기 신호가 간섭으로 평가되는지에 관해 내려진다.

불꽃 탐지기의 경우, 상기 방법은 예를 들어 15Hz를 초과하는 간헐적인 신호와 같은 간섭신호와, 예를 들어 저주파 범위에서 광대역 신호 또는 저주파의 좁은 대역신호와 같은 순수 불꽃신호 사이의 구별에 적당하다.

고주파신호가 갑자기 나타나면, 상술한 주파수와 공명주파수의 간섭신호는 신호로부터 제거되고, 신호의 주파수 해석이 가속화된다.

잔파장 변환에 의한 주파수 해석의 가속 때문에, 신호의 형태를 결정하기 위한 시간과 주어진 리포트는 예로 이전 3초에서 1초까지 감소될 수 있다.

상술한 방법은 역시 잡음탐지, 수동 적외선 탐지, 이미지 처리에서 개별 픽셀(pixel, 화소)의 신호의 스펙트럼 해석, 그리고 가스 및 진동센서와 같은 다른 센서를 위해 적절하다.

Claims (5)

1. 주파수 해석과 퍼지 논리 해석에 의해 위험탐지기의 신호를 해석하는 방법에 있어서, 주파수 해석과 원신호(X_0,k)가 하이패스/로패스 필터들(HP,LP)쌍의 직렬을 통하여 수행될 때 빠른 잔파장 변환(1)이 수행되고 , 잔파장변환의 각 필터단계에서, 관련함수( μ _I)이 각각의 경우 하이패스 필터(HP)의 결과로부터 산출되며, 상기 관련함수( μ _I)가 퍼지 논리 법칙에 따라 주파수신호를 더 해석하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 주파수 해석과 퍼지 논리 해석에 의해 위험탐지기의 신호를 해석하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 빠른 잔파장 변환(1)을 위해 사용되는 상기 잔파장이 정규 또는 반 정규 잔파장 또는 잔파장 패킷베이스(packet base)이고, 산출된 관련함수( μ _I)가 각 경우에 잔파장 계수에 의해 검토된 하이패스 필터의 제곱값의 합과 위험탐지기(3)의 원신호(X_0,k)의 제곱값의 합을 포함하고, 퍼지논리 법칙에 따라 상기 주파수 신호를 더 해석하기 위한 표준화된 형태로 사용되는 것을 특징으로 하는 주파수 해석과 퍼지 논리 해석에 의해 위험탐지기의 신호를 해석하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 빠른 잔파장 변환(1)을 위해 사용되는 상기 잔파장이 정규 또는 반 정규 잔파장 또는 잔파장 패킷베이스(packet base)이고, 산출된 관련함수( μ _I)가 각 경우에 하이패스 필터의 제곱값의 합과 위험탐지기(3)의 원신호(X_0,k)의 제곱값의 합을 포함하고, 퍼지논리 법칙에 따라 상기 주파수 신호를 더 해석하기 위한 표준화된 형태로 사용되는것을 특징으로 하는 주파수 해석과 퍼지 논리 해석에 의해 위험탐지기의 신호를 해석하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 출력신호가 불꽃 탐지기의 출력신호이고, 주파수해석과 상기 불꽃탐지기의 출력신호의 해석이 100ms에서 10s까지의 시간을 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 해석과 퍼지 논리 해석에 의해 위험탐지기의 신호를 해석하는 방법.
5. 위험특성변수를 위한 센서, 상기 센서(4)의 출력신호를 처리하기 위한 수단을 가지는 해석전자기기(5) 및 퍼지제어기(2)를 가진 마이크로 프로세서(6)를 가진 제 1항에 따르는 방법을 수행하는 위험탐지기(3)에 있어서,

   상기 퍼지제어기(2)가 퍼지 잔파장 제어기(8)의 부분임에 따라 상기 마이크로 프로세서가 소프트웨어 프로그램을 가지고, 상기 해석전자기기(5)에 의해 처리되고 상기 퍼지제어기(2)로 입력되는 신호가 잔파장으로 변환 형성되는 것을 특징으로 하는 위험탐지기.