KR20030078664A - 소광 원리에 바탕한 광학적 연기경보장치 및 이연기경보장치의 이용방법 - Google Patents

Abstract

발명에 따르는 경보장치는 두 광원(L1, L2) 및 두 수신기(E1, E2)를 지닌 광학 브리지와 평가 회로(3)를 포함한다. 각각의 광원(L1, L2)으로부터, 외향으로 열린 측정부(각각 M1, M2)가 한개의 수신기에 이어지며, 외부에 대해 차단된 한개의 기준부(각각 R1, R2)가 다른 하나의 수신기(E1, E2)에 이어지며, 이때 각각의 수신기는 한개의 광원에 대해서 측정 수신기로 작용하고 다른 한개의 광원에 대하여 기준 수신기로 작용한다. 또한 그 역도 성립한다. 두 광원(L1, L2)으로부터의 방사는 특정 기준 수신기(E1, E2)에서의 안정한 광전류로 통제되며, 평가 회로(3)는 두 수신기로부터의 신호간 차이를 평가하기 위한 평가 수단(2)을 내장한다. 두 광원(L1, L2)은 순차적으로 동작하여 각각의 경우에 관련 수신기(E1, E2)와의 채널을 형성한다. 측정부-빼기-기준부 차이 신호가 한 채널에 대해 형성되고, 기준부 빼기 측정부 차이 신호가 다른 하나의 채널에 대해 형성된다.

욕실, 욕실에 연결된 방, 또는 항공기 화물칸에서 연기경보장치의 이용방법이 또한 설명된다.

Description

소광 원리에 바탕한 광학적 연기경보장치 및 이 연기경보장치의 이용방법{Optical smoke alarm based on the extinction principle and use of the said alarm}

본 발명은 광학적 브리지와 평가 회로를 지닌, 소광 원리(extinction principle)에 바탕한 광학적 연기경보장치에 관한 것으로서, 이때 광학적 브리지는 광원과 측정부 및 기준부를 가지며 측정부와 기준부는 각각 한개의 수신기를 가지는 특징의 광학적 연기경보장치에 관한 것이다.

소광 측정 방법에서, 잘 알려진 바와 같이, 광선이 측정부를 투과하고 기준부를 투과하며, 두 수신 신호가 서로 비교된다. 이때, 측정부는 주변 대기에 접근가능하고 따라서 연기에 접근가능하지만, 기준부는 연기에 접근가능하지 않다. 연기 입자에서의 광 확산과 연기 입자에 의한 광 흡수가 소광에 기여하기 때문에, 그리고 광이 밝은 입자에 의해 대부분 확산되고 어두운 입자에 의해 대부분 흡수되기 때문에, 소광 측정 방법은 다른 연기 입자에 대해 비교적 균일한 감도를 가지며, 따라서, 연기가 나는 화재(밝은 입자)와 개방형 화재(open fire)(어두운 입자)를 감지하는 데 동등하게 적합하다. 소광 측정 방법이 국부적인 경보장치에 사용될 때, 즉, 단일 주택 전체에 전체적으로 설치된 연기경보장치에 사용될 때, 공기 중 연무질의 소광은 매우 짧은 측정부에서만 결정될 수 있다. 그 결과, 전송 측정의 감도에 대한 수요가 크게 증가한다.

EP-A-1 017 034 호는 광학 기구로 광원과 두 수신기에 추가하여, 광원 전면에 배치되는 두개의 구멍난 다이어프램을 지니는 간단한 광학 브리지를 이용하는 국부화된 소광형 경보장치를 설명한다. 이 소광형 경보장치는 포물면경 및 렌즈를 가진 공지된 다른 소광형 경보장치(EP-A-0 740 146, EP-A-0 578 189 호)에 비해 아래와 같은 장점을 가진다. 즉, 상기 포물면경 및 렌즈를 제거함으로서, 광학 브리지의 온도 의존도가 크게 감소하고 따라서 상기 소광형 경보장치의 안정성을 개선시킬 수 있다. 그러나, 가령 10cm의 길이를 가진 측정부의 경우에, 미터당 4%의 경보 한도가 기준 전송의 99.6%에 놓이기 때문에, 이 안정성은 매우 중요하다. 또한 경보 한도 아래의 전송값이 시작될 경우, 가령 99.96의 전송값이 식별가능하여야 할 것이며, 이 사실은 이 경보장치의 전자장치, 전자식 광학 장치, 그리고 기계장치의 안정성에 매우 큰 영향을 미친다.

한가지 잠재적인 오류의 원천은 수신기의 온도 변화와 이슬맺힘에 있고, 이슬맺힘이 모든 광학적 연기경보장치에 더욱 자주 나타난다. 이는 아래와 같은 사항을 의미한다. 호텔 객실에서 샤워나 목욕을 할 때 등의 경우와 같은 환경에서 발생하는 수증기가 측정부의 수신기에 이슬을 맺히게 할 수 있고, 반면에 기준부의 수신기에는 이슬이 맺히지 않는다. 왜냐하면 상기 수신부는 주변 대기로부터 밀폐된 상태이기 때문이다. 측정 수신기에 이슬이 맺히면 광전류 저하가 나타나고, 이를 경보장치가 연기로 인식하여 오경보를 발생시킬 수 있다.

발명은 수신기의 이슬맺힘 및 온도 변화를 감지하고 보상하는 국부화된 소광형 경보장치를 설명하고자 한다.

이 목적은, 발명에 따라, 제 2 광원이 제공되고, 각각의 광원으로부터 바깥쪽으로 열린 측정부가 한개의 수신기를 이끌고, 외부에 대해 차단된 기준부가 다른 하나의 수신기를 이끌며, 각각의 수신기는 한 광원에 대한 측정 수신기로, 그리고 다른 하나에 대한 기준 수신기로, 그리고 그 역으로 작용하는, 이상의 사실을 통해 달성된다.

따라서 발명에 따르는 연기경보장치는 두개의 광원과 두개의 수신기를 가진 이중 광학 브리지를 이용한다. 두개의 광원과 두개의 수신기를 가진 국부화된 소광형 경보장치가 원칙적으로, EP-A-0 578 189 호에서 알려져 있다. 그러나 이 경보장치에서는 단 한개의 측정부만이 제공되고, 이슬맺힘에 대한 보상이 가능하지 않다.

발명에 따르는 연기경보장치의 첫 번째 선호되는 실시예는 두 광원으로부터 나온 광선이 특정 기준 수신기의 안정한 광전류로 조절되고, 평가 회로가 두 수신기로부터의 신호간 차이를 평가하는 수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

발명에 따르는 연기경보장치의 두 번째 선호되는 실시예는 두 광원이 순차적으로 할성화될 수 있고 각 경우에 관련 수신기로 두 광원이 채널을 형성하며, 한 채널에 대해 그리고 측정부 빼기 기준부 차이 신호가 형성되고, 기준부 빼기 측정부 차이 신호가 다른 한 채널에 대해 형성되는 것을 특징으로 한다.

발명에 따르는 연기경보장치의 세 번째 선호되는 실시예는 앞서 언급한 두 차이 신호가 어떤 변화에 대하여 점검되고 반대 방향의 차이 신호 변화가 연기 발생으로 인식되는 것을 특징으로 한다. 상술한 차이 신호가 동일 방향으로 변화하는 것은 주변 온도나 이슬맺힘에 의한 변화에 의해 유발되는 수신기 감도의 동일하지 않은 변화를 나타내는 것으로 인식된다.

발명에 따른 연기경보장치의 또다른 선호되는 실시예는 광원의 방사를 통제함으로서 상술한 수신기 감도의 동일하지 않은 변화가 보상되고, 그리고 어떤 한도를 넘는 규제가 오류를 표시하게 하는 것을 특징으로 한다.

이중 브리지가 연기나 이슬없이 평형 상태에 있을 때, 두 수신기의 출력 전압, 따라서 두 채널의 차이 신호는 평형에 놓일 것이다. 한개의 광원이 동작하면, 이 광원의 기준 수신기의 광전류가 안정될 것이고, 다른 하나의 광원이 동작하면, 다른 하나의 광원의 기준 수신기 광전류가 안정될 것이다. 연기가 측정부에 들어가면, 측정 수신기의 광전류는 감소하고 차이 신호는 한 채널에서 감소할 것이고 다른 한 채널에서는 증가할 것이다. 다른 한편 수신기가 이슬에 젖거나 그 감도가 주변 온도 변화의 결과로 변화할 경우, 두 차이 신호가 동일 방향으로 변한다.

수신기 감도의 이러한 변화는 자동적으로 발생되는 특정 기준 수신기의 광전류 차후 통제에 의해 인식될 수 있다. 수신기에서의 변화가 매우 커서 자동 차후 통제에 의해 적절히 보상될 수 없을 경우, 대단한 이슬맺힘이 나타나고 오류 표시가 개시된다.

발명에 따르는 연기경보장치의 또하나의 선호되는 실시예는 하우징에 삽입할 수 있는 공통 구성요소가 광원과 수신기를 내장하는 것을 특징으로 한다. 상기 공통 구성요소는 길이 방향으로 긴 프리즘의 형태를 취하는 것이 선호되며, 그 한쪽 면 끝에는 광원이 장착되고 다른 한쪽면 끝에는 수신기가 장착된다. 즉, 각 경우에 면의 끝의 두 대각선 중 하나를 따라 장착된다.

발명에 따르는 연기경보장치의 또다른 선호되는 실시예는 측정 챔버를 형성하는 구멍이 프리즘 구성요소의 중앙에 놓이고 이 구멍을 통해 두 측정부가 통과하며, 두 기준부가 상기 구멍으로부터 공간상 이격된 프리즘 구성요소의 영역까지 뻗어가는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 욕실이나 욕실에 연결된 방, 또는 항공기 화물칸에서 발명에 따르는 연기경보장치의 이용에 또한 관련된다.

도 1은 발명에 따르는 연기경보장치의 블록도표형 도면.

도 2는 도 1의 경보장치의 세부사항을 보여주는 부분 단면도.

도 3은 도 2의 화살표 III의 방향에서의 도면.

도 4는 도 3의 화살표 IV의 방향에서의 도면.

도 1에 도시되는 연기경보장치는 베이스(base), 경보용 삽입물, 그리고 후드(hood)로 구성되는 소위 "국부적 소광형 경보장치", 또는 "투시형 경보장치"라 불리는 연기경보장치이다. 이때 경보용 삽입물에는 측정 모듈과 평가 전자장치가 내장되어 있다. 도 1의 도면에는 측정 모듈과 평가 전자장치만이 도시되어 있고 베이스와 후드는 나타나 있지 않다. 경보용 삽입물은, 공지된 방식으로, 감시할 방의 천장에 주로 장착되는 베이스에 고정하는 것을 의도한다. 경보 삽입물을 덮는 후드, 부가적으로는 베이스 역시, 상기 경보 삽입물 위에서 뒤집혀 놓이며, 후드는 베이스로 잠기게 된다. 이 경보 구조물은 잘 알려진 것으로 더 이상 상세하게 설명하지 않는다. 이 범주에서, 스위스 메네도르프 소재의 지멘스 빌딩 테크날러지스 아게의 AlgoRex 시리즈의 화재 경보장치를 참고할 수 있다.

측정 모듈(1)은 발광 다이오드(LED)나 적외선 LED(IRED)에 의해 형성되는 두 광원 L1 및 L2와, 포토다이오드에 의해 형성되는 두 수신기 E1 및 E2를 지닌 이중 광학 브리지를 내장한다. 각각의 광원 L1, L2로부터, 주변 대기에 대하여 개방된 상태이며 따라서 연무질에 접근가능한 상태인 각 경우의 한개의 측정부와, 주변 환경으로부터 차단되는 각 경우의 한개의 기준부, 각각 M1, R1, 그리고 M2, R2는 두개의 수신기를 이끌며, 각각의 수신기 E1, E2는 한개의 광원에 대하여 측정 수신기를 형성하고 다른 한개의 광원에 대하여 기준 수신기를 형성한다. 앞서 표시한 바와 같이, 수신기 E1은 광원 L1에 대한 기준 수신기이고 광원 L2에 대한 측정 수신기이며, 따라서 수신기 E2는 광원 L2에 대한 기준 수신기이자 광원 L1에 대한 측정 수신기이다.

두 광원 L1과 L2는 약 1초 간격으로 순차적으로 동작하며, 활성 모드에서 각각의 한 LED의 채널에 형성되고 기준부 빼기 측정부 차이가 다른 하나의 LED의 채널에 형성되면, 회로 스테이지(2)의 두 출력 신호 Sm은 같은 크기일 것이다.

L₁: S₁= i₂(L₁) - i₁(L₁)(측정부 빼기 기준부)

L₂: S₂= i₂(L₂) - i₁(L₂)(기준부 빼기 측정부)

L1으로부터의 광선은 포토다이오드 E1 상의 기준 광선의 광전류, 즉, i₁(L₁)이 매우 안정한 5마이크로암페아가 되도록 통제된다. 같은 전류가 LED L2에 공급된다. 마찬가지 전류, 즉, i₂(L₂)가 LED L2와, 포토다이오드 E2 상의 그 기준광선에 적용된다. 따라서, i₁(L₁) = 5마이크로암페아, i₂(L₂) = 5마이크로암페아이다.

연기가 측정부 M1 및 M2를 통과할 경우 대응하는 광전류 i₂(L₁)과 i₁(L₂)는 각각 감소하고, 이는 S1이 감소하고 S2가 증가함을 의미한다. 즉,

Δ_S1 = -|Δ_i₂(L₁)| < 0. Δ_i₁(L₁) = 0

Δ_S2 = +|Δ_i₁(L₂)| < 0. Δ_i₂(L₂) = 0

평가 전자장치(3)의 일부를 형성하는 마이크로프로세서(4)에서의 뺄셈에 의해, 다음의 결과를 얻을 수 있다.

S2 - S1 = Δ_S2 - Δ_S1 = +|Δ_i₁(L₂)|+|Δ_i₂(L₁)| > 0

이 뺄셈의 결과는 단일 채널에서 연기에 의해 유발되는 신호 변화의 두배이다.

주변 온도가 변화하고 그 결과 두 포토다이오드 E1과 E2의 감도가 서로 다르게 변화할 경우, 또는 상기 포토다이오드들의 서로 다른 이슬맺힘이 발생할 경우,S1과 S2는 동일 방향으로 변하고, 따라서 뺄셈이 마이크로프로세서(4)에서 실행될 때 0의 값이 생성된다.

S2 - S1 = Δ_S2 - Δ_S1 = 0

포토다이오드 E1과 E2의 감도가 이렇게 변화하는 것은 온도 변화나 이슬 맺힘이 포토다이오드 E1과 E2의 감도를 변화시키는 것에 상관없이 그 감도가 이같이 변화하는 것은 기준 채널의 포토다이오드 전류의 자동발생 차후 통제의 도움으로 나타난다.

이슬맺힘이 매우 심각한 상황이 발생하거나 이슬맺힘이 급격하게 발생하여, 앞서 설명한 방식으로 포토다이오드의 변화가 더 이상 적절하게 제거될 수 없을 경우, 가령, 지정 시간 내에 변화가 제거될 수 없을 경우, 마이크로프로세서(4)에 의해 경보 발생이 차단되고 오류 표시로 대체된다.

도 2에서 4까지는 이중 광학 브리지를 지닌 경보 삽입물의 실제 구조를 보여준다. 도 2는 경보 삽입물(5)의 단면도로서, 이 단면은 경보 삽입물을 이중 대각선으로 통과하는 선영(線影)에 의해 표시되며, 두 광원 L1과 L2 및 포토다이오드 E2를 내장한다. 경보 삽입물(5)은 예를 들어 정사각형 단면과 아치형(볼록) 끝단(6, 7)을 가지는 프리즘 형태를 취한다. 도 2와 4로부터 도시되는 바와 같이, 프리즘의 중앙에는 한 측벽에서 다른 측벽으로 통과하는 틈새(8)가 존재하며, 이 틈새(8)는 실제 측정 챔버를 형성하고 측정부 M1과 M2를 가진다.

틈새(8) 아래와 위에는 외부를 향해 닫혀있고 기준부 R1 및 R2를 가지는 영역들이 존재한다. 원칙적으로, 이 영역들은 고체 물질로 구성될 수 있고, 관심있는기준부에 대한 각각의 경우에 한개의 구멍만을 가질 수 있다. 그러나, 삼각형 침강부(9)를 이 영역 안에 포함시켜서 이 침강부에 정확하게 들어맞는 평판(10)을 삽입하는 것이 보다 실용적이라는 것이 입증되었다. 이 평판(10)은 기준부를 형성하는 구멍을 청소할 목적으로 제거될 수 있다(도 2에서는 상부 평판(10)이 제거되어 있다).

두개의 광원 L1과 L2는 도면 좌측의 끝단면(6) 상에 배치되고, 포토다이오드 E1과 E2가 도면 우측의 끝단면(7)에 배열된다. 즉, 관심있는 끝단면 상에서 각각의 경우에 대각선으로 서로에 대해 교차하는 방식으로 배열된다. 가령 알루미늄같이 열전도율이 높은 물질로 구성되는 경보 삽입물(5)은 한조각으로 만들어지며, 두 평판(10)을 제외하고는 한조각으로 만들어지기 때문에 견고하고 조작이 용이하다. 경보 삽입물(5)의 크기는 경보 삽입물(5)이 Algorex 시리즈의 광학적 연기경보장치의 하우징내에 구축될 수 있는 정도로 선택된다. 이는 경보 삽입물의 길이가 10cm 이하인 것을 의미한다.

발명에 따르는 연기경보장치는 이슬맺힘이나 온도의 상당한 변화가 여러 환경 조건의 결과로 발생하는 곳에서, 포토다이오드의 변화에 의해 유발되는 오경보의 위험없이, 사용될 수 있다. 이러한 장소의 예로는 특히 호텔 등의 욕실, 욕실에 연결된 대기실/현관, 그리고 비행기의 화물칸이 있고, 비행기 화물칸의 경우에는 착률 시도 중 이슬 맺힘이 발생할 수 있고 급격한 온도 상승이 일어날 수 있다.

Claims (10)

1. 광원(L1)과 측정부(M1) 및 기준부(R1)를 가지는 광학 브리지와 평가 회로(3)를 구비하고 소광원리를 바탕으로 하는 광학적 연기경보장치로서, 이때 상기 측정부(M1)와 기준부(R1) 각각은 한개씩의 수신기(E2, E1)를 가지는 광학적 연기경보장치로서,

   제 2 광원(L2)이 제공되고, 각각의 광원(L1, L2)으로부터, 외향으로 열린 측정부는 한개의 수신기에 이어지고, 외부에 대해 닫힌 기준부는 다른 하나의 수신기에 이어지며, 각각의 수신기는 한 광원(가령, L1)에 대한 측정 수신기로 작용하고 다른 하나의 광원(가령, L2)에 대한 기준 수신기로 작용하며, 또한, 그 역도 성립하는 것을 특징으로 하는 광학적 연기경보장치.
2. 제 1 항에 있어서, 두 광원(L1, L2)으로부터의 광선이 특정 기준 수신기(E1, E2)의 안정한 광전류로 통제되며, 평가 회로(3)는 두 수신기로부터의 신호 차이를 평가하기 위한 평가 수단(2)을 가지는 것을 특징으로 하는 광학적 연기경보장치.
3. 제 2 항에 있어서, 두 광원(L1, L2)은 순차적으로 동작가능하며, 각 경우에 관련 수신기(E1, E2)를 가진 한개씩의 채널을 형성하며, 측정부 빼기 기준부 차이 신호가 한 채널에 대해 형성되고, 기준부 빼기 측정부 차이 신호가 다른 하나의 채널에 대해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학적 연기경보장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 두 차이 신호(Sm)가 어떤 변화에 대해 점검되고, 반대 방향의 차이 신호(Sm) 변화는 연기 발생으로 인식되는 것을 특징으로 하는 광학적 연기경보장치.
5. 제 4 항에 있어서, 동일 방향의 상기 차이 신호(Sm) 변화는 주변 온도 변화나 이슬맺힘에 의해 유발되는 수신기(E1, E2)의 감도의 동일하지 않은 변화를 표시하는 것으로 인식되는 것을 특징으로 하는 광학적 연기경보장치.
6. 제 5 항에 있어서, 수신기(E1, E2)의 상기 동일하지 않은 감도 변화는 광원(L1, L2)의 광선을 통제함으로서 보상되고, 어떤 한도를 넘는 통제는 오류 표시를 발생시키는 것을 특징으로 하는 광학적 연기경보장치.
7. 제 2 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 광원(L1, L2)과 수신기(E1, E2)는 하우징에 삽입할 수 있는 공통 구성요소(5)에 실리는(즉, 달리는) 것을 특징으로 하는 광학적 연기경보장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 공통 구성요소(5)는 길이방향으로 긴 프리즘의 형태를 취하며, 프리즘의 한 끝단면(6)에는 광원(L1, L2)이 장착되고 프리즘의 다른 한 끝단면(7)에는 수신기(E1, E2)가 장착되며, 각각의 경우에 끝단면의 두 대각선 중하나를 따라 광원(L1, L2)과 수신기(E1, E2)가 장착되는 것을 특징으로 하는 광학적 연기경보장치.
9. 제 8 항에 있어서, 프리즘 구성요소(5)의 중앙에는 측정 챔버를 형성하는 구멍(8)이 있고, 두 측정부(M1, M2)는 이 구멍(8)을 통과하며, 두 기준부(R1, R2)는 상기 구멍(8)에서 공간상 이격된 프리즘 구성요소(5)의 영역으로 뻗어가는 것을 특징으로 하는 광학적 연기경보장치.
10. 욕실이나 욕실에 연결된 방, 또는 항공기 화물칸에서 청구항 제 1 항 내지 9 항 중 어느 한 항을 따르는 연기경보장치의 이용 방법.